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Analyse der Schubverzerrungen in einem Sandwichbalken mittels Digital Image Correlation (s. Beitrag: Grimm, S.; Lange, J., S. 700 ff.).

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Ein Vergleich der Kernmaterialien von Sandwichelementen hat inkonsistente Zusammenhänge zwischen ihren Steifigkeitsmoduln bei unterschiedlichen Kerndicken ergeben. Daher wurden zwei Testverfahren zur Ermittlung der Schubeigenschaften des Kernwerkstoffs von Sandwichelementen theoretisch und experimentell untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass bei dem Schubbalkenversuch nach DIN EN 14509 eine genauere Definition der Lastverteilungsplatten notwendig ist und die übliche Vernachlässigung der Eindrückung am Auflager lediglich bei dünnen und mittleren Bauteildicken gerechtfertigt ist. Die Untersuchungen zum Gelenkquadratversuch haben den Einfluss der Exzentrizität zwischen der Gelenkebene und der Probenaußenkante gezeigt und mündeten in der Entwicklung eines neuen Versuchsaufbaus. Die Erkenntnisse aus den Untersuchungen liefern die Grundlage dafür, das Tragverhalten von Sandwichelementen künftig realistischer modellieren zu können.

Determination of the shear properties of sandwich core materials
A comparison of the core materials of sandwich panels has revealed inconsistent relationships between their stiffness moduli at different core thicknesses. Therefore, two test methods for determining the shear properties of the core material of sandwich panels were assessed theoretically and experimentally. The results show that for the shear beam test according to EN 14509 a more precise definition of the load distribution plates is necessary and that the usual neglect of the indentation at the support is only justified for thin and medium panel thicknesses. The investigations on the square shear test have shown the influence of the eccentricity between the joint plane and the top edge of the specimen and resulted in the development of a new test setup. The findings from the investigations provide the basis for more realistic modelling of the load-bearing behavior of sandwich panels in the future.

Die Wärmebrückenwirkung von Fassadenunterkonstruktionen aus Metall kann durch den Einbau geschlitzter Unterkonstruktionen reduziert werden, wodurch die energetische Qualität vorgehängter hinterlüfteter Fassaden erhöht werden kann. Fehlende Bemessungshilfen zur Berücksichtigung der Schlitzgeometrien in der Unterkonstruktion verhindern allerdings häufig die Anwendung in der Praxis. Im Rahmen eines durch die AiF geförderten Forschungsvorhabens wird das Lehr- und Forschungsgebiet für Nachhaltigkeit im Metallleichtbau in Zusammenarbeit mit dem Lehrstuhl für Stahlbau und Leichtmetallbau der RWTH Aachen University Lösungen zur statischen und bauphysikalischen Bemessung von geschlitzten Stahlleichtbauprofilen für die Gebäudehülle aus Metall entwickeln. Die vorliegende Bearbeitung zeigt zwei Ansätze zur Ermittlung des Wärmedurchgangskoeffizienten von Außenwänden mit geschlitzten Unterkonstruktionen aus Metall. Ein Verfahren nimmt den geometrischen Weg der durch die Schlitzgeometrie abfließenden Wärme auf und leitet hieraus eine äquivalente Wärmeleitfähigkeit des geschlitzten Profils ab. Bei dem zweiten Verfahren wird der geschlitzte Stegbereich durch einen Bereich mit äquivalenter Wärmeleitfähigkeit ersetzt und kann hiermit im Rahmen von vereinfachten FEM-Berechnungen berücksichtigt werden. Beide Ansätze sollen im Rahmen des Forschungsvorhabens validiert werden.

Thermally improved steel substructures for metal facades
The thermal bridge effect of metal facade substructures can be reduced by installing slotted substructures, which can increase the energy quality of rear-ventilated facades. However, the lack of design aids to take account of the slotted geometries in the substructure often prevents their use in practice. As part of a research project funded by the AiF, the Chair of Sustainable Metal Building Envelopes in collaboration with the Chair of Steel Construction and Lightweight Metal Construction at RWTH Aachen University will develop solutions for the structural and physical design of slotted lightweight steel profiles for metal building envelopes. The present work shows two approaches to determine the thermal transmittance of exterior walls with slotted metal substructures. One method takes the geometric path of heat dissipation through the slot geometry and derives an equivalent thermal conductivity of the slotted profile. In the second method, the slotted bar area is replaced by an area with equivalent thermal conductivity and can thus be taken into account in simplified FEM calculations. Both approaches are to be validated within the scope of the research project.

Sandwichelemente aus außenliegenden dünnwandigen Stahldeckschichten mit innenliegendem Dämmkern stellen mittlerweile die Standardlösung für den Raumabschluss im Hallenbau dar. Für die Wandverkleidung werden üblicherweise Elemente mit beidseitig flachen Deckschichten verwendet. Bei Dachelementen ist mindestens eine Deckschicht profiliert. In der Praxis werden sowohl Wand- als auch Dachelemente als Mehrfeldträger verlegt, um die Bauausführung zu beschleunigen und die Anzahl der Fugen zu reduzieren. Im Folgenden soll nun das Tragverhalten von zweifeldrigen Sandwich-Dachelementen unter Punktlasten, welche bspw. infolge von Photovoltaikaufbauten (PV) auftreten, numerisch untersucht werden. Hierzu werden Modellierungsvarianten für das auf Querdruck und Biegung belastete Mittelauflager sowie der Einfluss verschiedener Kerneigenschaften verglichen. Ziel soll es sein, die Querschnittsaktivierung infolge der lokalen Belastung zu quantifizieren und rein rechnerische Nachweise für PV auf Sandwich-Dachelementen zu ermöglichen.

Numerical analysis of two-span sandwichelements with point loads
Sandwichelements with thin-walled steel-faces and inner insulating core are the standard solution for the envelope of hall-constructions. The outer faces of wall-elements are usually lightly profiled, whereas roof-elements have at least one considerably profiled face. For a fast assembling with a minimum amount of joints, they are usually mounted as multi-span systems. In this article the load bearing behavior of two-span sandwichgirders exposed to point-loads, which occur due to top-mounted photvoltaic-systems (PV) for example, shall be discussed. Modelling examples for the middle support, which is stressed by vertical pressure and bending, and the effects of varying core-stiffnesses are studied. The goal is to determine the cross-section activation under point loads to advance design by calculation.

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Die Digitalisierung der Planung, Konstruktion und Bauausführung führt zu einer Transformation des Berufsbilds bei Architekten und Ingenieuren. In diesen Fachbereichen unterstützen digitale Werkzeuge schon seit vielen Jahren die Entwurfs- und Designprozesse, doch gerade in der heutigen Zeit wird der Einsatz effizienter, digitaler und innovativer Technologien auf allen Arbeitsbereichen als unabdingbar betrachtet. Das Lehr- und Forschungsgebiet Nachhaltigkeit im Metallleichtbau an der RWTH Aachen University untersucht den Mehrwert des integrativen Einsatzes solcher Technologien im Metallleichtbau. Dieser Aufsatz gibt in diesem Kontext einen Einblick in Forschung und Lehre und stellt Projekte aus der Praxis vor.

Digitalization in lightweight metal construction
Digitalization of planning, design and construction leads to a transformation among architects and engineers. Digital tools have been supporting the drafting and design processes in these specialist areas for many years. Today the use of efficient, digital and innovative technologies in all work areas is considered indispensable. The teaching and research area of sustainability in lightweight metal construction at the RWTH Aachen University examines the added value of the integrative use of such technologies in lightweight metal construction. In this context the article provides an insight into research and teaching and presents practical projects.

Schubringe von Druckschachtpanzerungen dienen zur Längskraftübertragung zwischen Rohr und Gebirge und werden primär aus der Deckeldruckkraft beansprucht. In diesem Aufsatz wird auf das realitätsnahe Tragverhalten von mehreren hintereinanderliegenden Schubringen bei zusätzlichen Zwangsbeanspruchungen aus Innendruck und Temperatur für repräsentative Ausführungsfälle eingegangen, wobei auch die Rohrreibung mit einbezogen wird. Dazu dienen numerische FE-Berechnungen. Des Weiteren wird ein 1D-Stabmodell (Bemessungsmodell) dargestellt, das von den Autoren entwickelt wurde. Die Ergebnisse am 1D-Stabmodell werden jenen am FE-Modell gegenübergestellt. Es kann gezeigt werden, dass auch für maßgebende Einwirkungskombinationen mit dem 1D-Stabmodell ausreichend zutreffende Schubringkräfte erhalten werden. Die FE-Berechnungen zeigen auch, dass Einwirkungskombinationen nur zutreffend als Gesamtbelastung analysiert werden können, eine Superposition von Einzellastfallergebnissen führt hier mitunter zu groben Fehleinschätzungen.

Penstocks with multiple thrust rings - accurate forces at thrust rings due to constraining effects and comparison with a simple design model
Thrust rings are a component of penstocks and have to transfer the longitudinal forces of the steel pipe to the surrounding rock mass. Longitudinal forces occur primarily due the pressure loads at valves or at pipe covers. Within this paper, the realistic load bearing behaviour of different penstocks geometries with multiple thrust rings is presented, including constraining effects due to internal pressure and temperature. Results are shown with and without friction effects between steel pipe and surrounding concrete and are based on numerical FE analyses. In addition, a simple 1D beam model (design model), developed by the authors, is presented. The forces at the thrust rings are compared between both models. It is shown that also for different load combinations the simple 1D beam model gives accurate results for practical application. The FE study also shows, that always the load combinations with the constraining effects due to internal pressure and temperature must be analysed - a superposition of the results of the individual load cases leads to misleading results.

Weihnachtsaufgabe:
Weihnachtsaufgabe 2022

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

Persönliches:
Peter Schaumann erhält Auszeichnung des Deutschen Stahlbaues
Martien Teich an die Hochschule München berufen
Nachruf Dr.-Ing. habil. Werner Warkenthin

Wettbewerbe:
Ingenieurpreis 2020 für Sven Plieninger und Anton Braun

Tagungen & Veranstaltungen:
Münchener Kranbahntag 2022

ÖSTV news:
9. Österreichischer Stahlbaupreis 2023

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Ressourcenplanung und Mitarbeiterführung im Planungsbüro - Aktuell sind Führende besonders gefordert: Personalengpässe im eigenen Büro und auf der Baustelle treffen auf Materialknappheit, Preiserhöhungen und einen massiven Fachkräftemangel. Gute Mitarbeiter zu gewinnen und zu halten wird immer schwieriger. Mithilfe von digitalen Tools können Führende auch im dynamischen Projektgeschehen klar strukturierte Einsatzpläne entwerfen. Zudem können sie die Auslastung eines Mitarbeiters, der einzelnen Teams und des gesamten Büros berücksichtigen.
Lesen Sie im Artikel auf Seite A4, wie Sie ihre Mitarbeiterführung mit der Wahl einer geeigneten Software-Lösung effizient unterstützen. (Foto: Projekt Pro)

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Der aktuelle Entwurf der neuen Fassung der EN 1997 unterscheidet für numerische Berechnungen von Stützwänden zwischen Nachweisverfahren mit Ansatz der Teilsicherheitsfaktoren auf die resultierenden Beanspruchungen oder auf die Scherparameter des Bodens. Hierzu wurden umfassende numerische Studien auf Grundlage der Finite-Elemente-Methode für repräsentative Systemgeometrien durchgeführt und die Ergebnisse kritisch beurteilt. Systeme mit unterschiedlichen Randbedingungen hinsichtlich Stützung, Grundwasserstand, Baugrubentiefe und Einbindetiefe wurden betrachtet. Für alle Systeme wurden Schnittgrößen ermittelt. Insgesamt zeigte sich, dass beide Nachweismethoden ähnliche Werte für Querkräfte und Biegemomente entlang der Wand liefern. Es wurden die zwei Varianten für die Nachweismethode mit Abminderung der Scherparameter des Bodens verglichen; beide Varianten ergaben untereinander abweichende Ergebnisse aufgrund der unterschiedlichen Ausgangszustände mit einer A-priori-Abminderung der Scherparameter des Bodens einerseits und einer Abminderung nur in maßgebenden Berechnungsphasen andererseits. Ein Vergleich mit dem gängigen analytischen Verfahren nach Blum gemäß den Empfehlungen der EAB ergab, dass in der FEM aufgrund anderer Spannungsverteilungen entlang der Wand andere Einbindelängen erforderlich sind, um den Nachweis des Fußauflagers zu erfüllen. Die Einspannwirkung in den FEM-Berechnungen fällt geringer aus, als dies bei einer analytischen Berechnung nach Blum der Fall ist.

Assessment of verification concepts acc. to EC7 for excavation retaining walls in sand based on the finite element method
The current draft of the new version of EN 1997 distinguishes for the numerical calculations of retaining structures between verification approaches with different application of partial safety factors: either on the effects of actions, or on the shear strength parameters of the soil. Comprehensive numerical studies based on the finite element method for representative system geometries were carried out and the results were evaluated. Various systems with different boundary conditions with regard to support, groundwater level, excavation depth and embedment depth were considered. Internal forces were determined for all systems. Overall, it was found that both verification methods deliver similar values for shear forces and bending moments along the wall. The two variants for the approach using reduction factors for the shear strength of the soil were compared; both variants yielded different results due to the different initial conditions with an a priori reduction of the shear parameters of the soil on the one hand and a reduction only in decisive calculation phases on the other. A comparison with the current analytical method according to Blum in accordance with the recommendations of the EAB showed that other embedment lengths are necessary in the FEM due to different stress distributions along the wall in order to fulfill the verification of the embedment length. The degree of earth support fixity in the FEM calculations is less than in an analytical calculation acc. to Blum.

Das Hochwasserereignis vom Juli 2021 hat besonders in den betroffenen Gebieten von Rheinland-Pfalz und Nordrhein-Westfalen außerordentlich schwere strukturelle Schäden an der allgemeinen Bebauung und der Infrastruktur hinterlassen. Der Beitrag gibt einen Überblick über die Ergebnisse einer Schadensdokumentation, die unmittelbar nach dem Hochwasser im Ahrtal und Bad Münstereifel durchgeführt wurde. Diese setzt eine Linie von Hochwasserschadensanalysen fort, die in den letzten 20 Jahren vom Erdbebenzentrum der Bauhaus-Universität Weimar durchgeführt wurden und in der Entwicklung eines Hochwasserschadensmodells resultierten, mit welchem derartig schwere strukturelle Schäden prognostiziert werden können. Mit der Schadensdokumentation ließen sich die vom EDAC gewonnenen Erkenntnisse über das Verhalten der verschiedenen Bauweisen unter dem Einfluss einer extremen Hochwassereinwirkung vertiefen und plausibilisieren. Die vorgefundenen Schadensbilder des Hochwassers bestätigen die Ansätze des EDAC-Hochwasserschadensmodells und zeigen die Notwendigkeit für eine Erweiterung auf, um die Besonderheiten der Überflutungsbedingungen und des Bauwerksbestands zu berücksichtigen. Es wird die Verbindung zu weiteren Auswertungen hergestellt, indem drohnenbasierte Techniken zur schnellen Zustandserfassung der von einer Naturkatastrophe betroffenen Gebiete und des Bauwerksbestands mit dem Ziel der Generierung von realitätsgetreuen und leicht interpretierbaren Lagebildern vorgestellt werden.

The 2021 flood: engineering analysis of building damage
The flood event of July 2021 left extremely severe structural damage to the general buildings and infrastructure especially in the affected areas of Rhineland-Palatinate and North Rhine-Westphalia. The article gives an overview of the results of a damage documentation that was carried out immediately after the flood in the Ahr valley and Bad Münstereifel. The survey continues a line of flood damage analyses carried out over the past 20 years by the Earthquake Damage Analysis Center at the Bauhaus-Universität Weimar, which has resulted in the development of an engineering-based flood damage model that can takes into account such severe structural damage. With the documentation of the damage, the knowledge gained by EDAC about the behavior of the various building types under the influence of extreme flooding conditions could be deepened and checked for plausibility. The flood damage patterns found confirm the approaches of the EDAC flood damage model and show the need for an extension to take into account the special features of the building stock and the flooding conditions that occurred. A connection is given to ongoing studies, in which drone-based techniques for rapid assessment of the status of areas affected by a natural disaster and the existing buildings are presented with the aim of generating realistic and easily interpretable situation images.

Das Instandhaltungsmanagement von Bauwerken der Infrastruktur ist eine herausfordernde Aufgabe. Ingenieurbauwerke auf Straßen und Schienenwegen sind charakterisiert durch lange Nutzungszeiten von 100 Jahren und mehr. Im Rahmen der Nutzungszeit ergeben sich daher besondere Anforderungen an eine lebenszyklusorientierte Datenorganisation, die Informationen aus Planung und Bau, aber insbesondere aus dem Betrieb erfassen muss. Hierfür stehen den Betreibern i. d. R. Bauwerksmanagementsysteme (BMS) zur Verfügung, die eine bauwerksbezogene Datenorganisation ermöglichen. Durch den Einsatz neuer digitaler Methoden, wie Building Information Modeling (BIM), können insbesondere die Datenorganisation und die Prozesse der Zusammenarbeit in der Instandhaltung unterstützt werden. Grundlage bilden objektorientierte Bauwerksmodelle, die neben der Geometrie die semantischen Informationen strukturieren und Verknüpfungen zu weiteren Datenplattformen ermöglichen. Der Aufsatz stellt dar, wie diese Modelle möglichst effizient als geometrisch vereinfachte Bauwerksmodelle - sog. abstrakte Bauwerksmodelle - erstellt werden und somit Anwendungsfelder für eine digitale Instandhaltung geschaffen werden können. Die geometrische Abstraktion ermöglicht es insbesondere für Bestandsbauwerke, effizient digitale Bauwerksmodelle zu erzeugen und mit semantischen Informationen anzureichern. Diese können die Grundlage für eine Informationsanreicherung, eine weitere Detaillierung oder eine strukturierte Schadensverortung am digitalen Modell bilden.

Abstraction of digital building models as a basis for sensor-based maintenance management
The maintenance management of infrastructure is a challenging task. Engineering structures like roads and bridges are characterized by long service lives of 100 years and more. Within the framework of the period of use, special requirements therefore arise for a life-cycle-oriented data organization that records information from both planning and construction, but especially from operation. For this purpose, operators usually have building management systems at their disposal that enable building-related data organization. The use of new digital methods, such as Building Information Modeling (BIM), can support the organization of data in particular and also the processes of cooperation in maintenance. The basis is formed by object-oriented building models, which structure semantic information and enable links to further data platforms. The article provides a contribution on how geometrically abstract building models can already be used to intelligently structure data for maintenance processes. Geometric abstraction makes it possible to efficiently generate digital building models, especially for existing buildings, and to enrich them with semantic information. This can form the basis for linking information with other data platforms or for damage localization on the digital model.

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Aufgrund der gestiegenen Anforderungen durch höhere Einwirkungen aus Wind und Erdbeben ist eine Verbesserung und Optimierung der Berechnungs- und Bemessungsansätze für Mauerwerksbauten erforderlich. Eine bessere Ausnutzung der Tragwerksreserven ist durch die Berücksichtigung der Rahmentragwirkung mit einer Aktivierung der Deckenscheiben in den Rechenmodellen möglich, die in der Praxis aufgrund der Komplexität der Wand-Decken-Interaktion bislang nicht ausgenutzt wird. Im vorliegenden Aufsatz wird ein vereinfachter Ansatz auf Grundlage der mitwirkenden Plattenbreite von Schubwänden aus Mauerwerk vorgestellt, der die wesentlichen Einflussfaktoren in parametrisierten Tabellen erfasst. Damit steht den Tragwerksplanern ein einfach anwendbares Werkzeug zur Verfügung, um die Rahmentragwirkung in der Mauerwerksbemessung anzusetzen.

Simplified consideration of framing effects in masonry buildings
Due to the increased requirements resulting from higher wind and earthquake loads, it is necessary to improve and optimise the calculation and design approaches for masonry structures. An important contribution to a better utilisation of the structural load-bearing reserves is the consideration of the framing effects through the activation of the floor slabs in the calculation models, which has not been utilised in practice so far due to the complexity of the wall-slab interaction. The paper presents a simplified approach based on the contributory slab width, which captures the essential influencing factors in parameterised tables. This provides structural engineers with a simple tool to exploit the frame load-bearing effect in masonry design.

Seit November 2020 haben sich die Zeppelin Rental GmbH und das Institut für Bauwirtschaft und Baubetrieb der TU Braunschweig in gemeinsamer Forschungsarbeit der Fragestellung gewidmet, wie sich baulogistische Planungsprozesse für Hochbauten durch die BIM-Methode verändern und durch die Nutzung digitaler Bauwerksmodelle optimiert werden können. Auf Grundlage der erzielten Forschungsergebnisse ist Ende Juni 2022 dieser Aktionsplan entstanden. Der Plan sieht erforderliche Handlungsschritte vor, die zur Implementierung der modellbasierten Baulogistikplanung zu berücksichtigen sind.

Action plan for model-based construction logistics planning
Since November 2020, Zeppelin Rental GmbH and the Institute for Construction Management and Construction Operations at the Technical University of Braunschweig have been working in close collaboration to investigate how construction logistics planning processes can be changed by the BIM method and optimized through the use of digital building models. Based on the research results, this action plan was developed at the end of June 2022. It provides necessary steps that need to be taken into account in order to increase the implementation of model-based construction logistics planning.

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Bauabfälle lassen sich im Hinblick auf Energieeinsparungen bei der Verwertung in drei Gruppen einteilen: 1. Asphaltabfälle: Durch seine thermoplastischen Eigenschaften ermöglicht das im Asphaltbruch bzw.-fräsgut vorhandene Altbitumen Einsparungen an neuem Bitumen im Mischgut. Dadurch können erhebliche Energieeinsparungen erreicht werden. 2. Abfälle der mineralisch gebundenen Baustoffe Beton, Kalksandstein, Porenbeton: Zurzeit können keine Energieeinsparungen, die sich aus den Baustoffeigenschaften oder dem Ablauf der Herstellung ergeben, erkannt werden. Subjektive Einflüsse wie sie z. B. aus den Transportentfernungen resultieren, wurden hier nicht betrachtet. 3. Ziegelabfälle und Mauerwerkbruch: Energieeinsparungen gegenüber den Primärbaustoffen sind bei Verwertungen in thermischen Prozessen möglich. Beispiele sind ein partieller Rohstoffersatz bei der Ziegelherstellung oder die Herstellung von leichten Gesteinskörnungen unter Verwendung von Mauerwerkbruch anstelle von Ton.

Energy savings from recycling of construction and demolition waste?
Construction waste can be divided into three groups in terms of energy savings during recycling: 1. Asphalt waste: Due to its thermoplastic properties, the waste bitumen present in broken or milled asphalt allows savings in new bitumen in the mix. This can result in significant energy savings. 2. Waste of the mineral-bound building materials concrete, sand-lime brick, aerated autoclaved concrete: At present, no energy savings resulting from the building material properties or the manufacturing process can be identified. Subjective influences such as those resulting from transport distances were not considered here. 3. Brick waste and masonry rubble: Energy savings compared to primary building materials are possible when the materials are recycled in thermal processes. Examples are the partial raw material substitution in the brick production or the production of lightweight aggregates using masonry rubble instead of clay.

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Firmen und Verbände:
Jahresbericht des Arbeitsausschusses Ufereinfassungen

Veranstaltungen:
Rückschau auf das 26. Dresdner Baustatik-Seminar (hybride Veranstaltung)
Festveranstaltung 100 Jahre KIT Versuchsanstalt für Stahl, Holz und Steine

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