Wind turbine towers and their flange connections are highly fatigue loaded structures. Previous investigations have shown that initial parallel gaps between L-flange connections, which are resulting from their respective flatness of the contact surfaces, can increase fatigue loads of the connecting fasteners significantly. Flange flatness and/or gap sizes in between flanges must comply with limitations given in relevant standards and therefore must be measured after the manufacturing process and/or during installation. More than 1900 flatness measurements of several offshore wind projects were collected and used to determine initial gaps between flanges analytically. A statistical evaluation allows to determine the distribution of expected gap sizes. The increase of gap height with increasing gap length can be described with linear correlations. Furthermore, the distributions of gap heights are approximated with log-normal distributions. Parameters for generic log-normal distributions are derived considering all performed mating simulations. Following the described methodology, gaps can be determined from any large number of flatness measurements. It is proposed to consider the results for flange design.

Sinusoidal corrugated profile webs have been popularly used in steel structural designs to replace the flat webs in conventional welded beams, while there are better performances in corrugated web beams (CWBs) regarding more stability and less material used to against beam failures caused by buckling. Previous studies have provided that CWBs enabled numerous favourable benefits to be recognised as alternatives to the traditional weld beams in designing structures. Furthermore, as CWBs are proposed as the major load-carrying elements, the maximum deflection in the elastic range is one of the important beam properties that should be precisely estimated and calculated. To find an appropriate method in computing the maximum deflection of CWBs based on the first yield for civil communities in Australia, proposed equations based on other standards will be employed to calculate the theoretical results for the comparisons with simulation-based results. While applying the linear analysis simulations provided by SAP 2000, ultimate limit state design theory has also been used with requirements stated by AS 4100. In this study, the results in theoretical calculations and numerical simulations have been compared to conclude that the highly defined equations by ASTM [37] and Sause et al. [38] could precisely estimate the maximum deflections of CWBs based on the first yield in conjunction with requirements and limitations in Australian standards, which could be adequate for the structural design calculations in Australian design fields.

ECCS News:
Save the Date: Webinar on “Fire Design of Steel Structures”
Eurosteel 2023 conference - the most recent developments in steel structures
NewSkin Project 1/04/2020 - 31/03/2024
In Memoriam

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Zum Titelbild:
Die chronisch verstopfte Basler Stadtautobahn bedarf der Entlastung. Dafür ist nun ein Tunnelprojekt von ca. 2,36 Mrd. CHF in der Planung, das ab 2029 mit einer Bauzeit von ca. 10 Jahren realisiert werden soll. Ein mit Allplan Bridge modelliertes Brückenprojekt ist dabei Teil der Planung. Das Modell weist bereits in der frühen Phase der Ausführungsplanung einen hohen Detaillierungsgrad auf. Das erleichtert den an der Planung Beteiligten ihre Arbeit durch Eigenkontrolle, das Erkennen von Kollisionen, das Generieren von Schnitten an jeder gewünschten Stelle und die Möglichkeit zur realistischen Visualisierung. Hinzu kommen dank des parametrischen Modells die in solchen Projekten üblichen Änderungen, die nur an einer Stelle vorzunehmen sind, denn das Programm passt automatisch alle damit verknüpften Elemente an.

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Injektionen von Sanden und sandreichen Kiesen mit mineralischen Bindemitteln sind mit besonderen Herausforderungen verbunden, auch Feinstzemente können nur für spezielle Aufgaben verwendet werden. So erfahren die Injektionen mit Gelen - Acrylatgele und umweltverträgliche Gele auf Natriumsilikatbasis - mittlerweile eine erhöhte Aufmerksamkeit. An der Universität der Bundeswehr München (UniBW) wurde die Erhöhung der Scherfestigkeit von Sanden durch Injektionen mit Acrylatgel-Sandproben durch Laborversuche untersucht. An mit einem Weichgel auf Natriumsilikatbasis (Neutrogel) injizierten Sandproben konnte in ersten Versuchsreihen an der Fachhochschule Nordwestschweiz, FHNW, ebenfalls eine deutliche Erhöhung der Scherfestigkeit ermittelt werden. Dies war Anlass, umfangreichere Versuchsserien zur Bestimmung der Scherfestigkeit von Acrylatgel-Sandproben - mit Acrylatgelen verschiedener Hersteller - und Neutrogel-Sandproben durchzuführen. Ausgeführt wurden neben einaxialen Druckversuchen und direkten Scherversuchen vorwiegend Triaxialversuche. Mit den Versuchen stehen erstmals Vergleichswerte der Scherfestigkeiten und Steifigkeiten unterschiedlicher Gel-Sand-Mischungen zur Verfügung. Die durch die Gele induzierte Kohäsion führt zu bautechnisch signifikanten Erhöhungen der Scherfestigkeit der Gel-Sandproben.

Investigation of shear strength and stiffness of gel grouted-sand samples
Injections of sands and sand-rich gravels with mineral binders have their special challenges; even ultra-fine cements can only be used for special applications. Injections with gels - acrylate gels and environmentally compatible gels based on sodium silicate - are now attracting increased attention among the expert community. At the University of the Federal Armed Forces in Munich (UniBW), the increase of the shear strength of sands injected with acrylate gel was tested on samples in the laboratory. In an initial test series performed at the University of Applied Sciences Northwestern Switzerland, FHNW, a significant increase in shear strength was also determined for sand samples injected with a sodium silicate-based soft gel (Neutrogel). This motivated for a more extensive series of tests to determine the shear strength of acrylate gel injected sand samples - with acrylate gels from different manufacturers - and Neutrogel injected sand samples. Aside from unconfined compressive strength tests and direct shear tests, mainly triaxial tests were carried out. With these tests, a comparison of values for the shear strengths and stiffnesses of different gel-sand mixtures becomes available for the first time. The cohesion induced by the gels results in a significant increase in the shear strength of the gel-sand samples.

Die Lennetalbrücke gehört zu den großen Talbrücken der A45. Aufgrund des gestiegenen Verkehrsaufkommens und des baulichen Zustands der Bestandsbrücke war die Notwendigkeit eines Ersatzneubaus gegeben. Um den Verkehr während der Bauzeit möglichst wenig einzuschränken, wurde der neue Überbau für eine Fahrtrichtung in Seitenlage hergestellt und im Anschluss durch einen Querverschub an die endgültige Position gebracht. Mit einer Länge von fast 1000 m handelt es sich bei der Lennetalbrücke - bezogen auf die Brückenlänge - um den größten Querverschub, der bisher in Deutschland realisiert wurde. In diesem Beitrag wird auf die Besonderheiten bei Planung und Ausführung des Querverschubs eingegangen.

Transverse sliding of the 985 m long steel Lennetal bridge
The Lennetal bridge is one of the major viaducts on the A45. Due to the increased traffic volume and the structural condition of the existing bridge, it was necessary to build a new bridge. In order to restrict traffic as little as possible during the construction period, the new superstructure was built for one direction of traffic in a lateral position and then moved to its final position by means of a transverse sliding. With a length of almost 1000 m, the Lennetal bridge is - in relation to the bridge length - the largest transverse sliding that has been realised in Germany so far. This paper deals with the special features of the planning and execution of the transverse sliding.

Die weltweit am häufigsten publizierten Brücken Chinas bestechen meist durch atemberaubende Größe, symbolhafte Entwurfskonzepte oder waghalsige touristische Attraktionszwecke. Brücken mit Glasböden über tiefe Schluchten oder Skybridges zwischen Hochhäusern sind Anziehungspunkte für uns in Europa unbekannte touristische Massenbewegungen. Der Brückenbau in China als wichtiger Teil einer riesigen Infrastruktur hat neben diesen Prestigeprojekten eine Vielzahl an weniger bekannten, gleichwohl interessanten und innovativen Brücken vorzuweisen. Dieser Beitrag stellt drei Fußgängerbrücken vor, die in den letzten Jahren vom Büro schlaich bergermann partner in China geplant und gebaut wurden, und beschreibt die hierbei erlebten und beobachteten Besonderheiten.

Three pedestrian bridges for China
China's most published bridges usually feature breathtaking size, symbolic design concepts or daring tourist attraction purposes. Bridges with glass floors over deep gorges or skybridges spanning in between high-rise towers are attractions for mass tourist movements unknown to us in Europe. In addition to these prestigious projects, the bridge construction in China, as an important part of a huge infrastructure system, has many less known but nevertheless interesting and innovative bridges. This article presents three pedestrian bridges that were designed and built by schlaich bergermann partner in and for China within recent years and describes the special experiences and observations made during the process.

Der Flughafen Frankfurt wächst. Im Süden des Frankfurter Airports wird derzeit das neue Terminal 3 mit drei Flugsteigen und zugehöriger Infrastruktur errichtet. Im Zusammenhang mit diesem Großprojekt steht der sog. Vorfahrtstisch vor dem künftigen Terminalhauptgebäude - ein 580 m langes Brückenbauwerk zur Anbindung des Check-in-Bereichs. Die Brücke weist hohe architektonische Anforderungen und komplizierte Geometrien auf, die besondere Lösungsansätze in der Planungs- und Ausführungsphase erforderten.

Terminal 3 Frankfurt Airport - new construction of the bridge Vorfahrtstisch T3
The airport Frankfurt is growing. The new Terminal 3 with its three pier buildings and affiliated infrastructure is currently under construction in the south of the Frankfurt Airport. In connection with this major project the so called Vorfahrtstisch - a 580 m long bridge to link the check-in area - is build. According to the high demands on the architecture and the complex geometrics of the bridge special approaches during the phase of planning were needed.

Bei Großbrücken spielt das Eigengewicht der Fahrbahnplatte eine sehr wichtige Rolle. Orthotrope Stahlfahrbahnplatten sind leicht, jedoch sehr ermüdungsanfällig. Deswegen werden orthotrope Platten heute nur noch in Ausnahmefällen geplant. Stahlbetonfahrbahnplatten von Verbundbrücken sind robust, jedoch für große Spannweiten zu schwer. Die Orthoverbundplatte kombiniert die Vorteile der orthotropen Fahrbahnplatte mit der Stahlbetonfahrbahnplatte von Verbundbrücken auf ideale Weise. Das Grundprinzip von leichten Verbundfahrbahnplatten existiert schon seit den 1930er-Jahren und wurde bei einigen Großbrücken erfolgreich eingesetzt. Die Orthoverbundplatte ist eine Kombination aus einer orthotropen Stahlplatte und einer im Verbund stehenden, bewehrten Aufbetonschicht. Sie vereint die positiven Eigenschaften beider Bauweisen. Sie ist leicht, aber dennoch robust, dauerhaft und widerstandsfähig gegenüber Materialermüdung. Sie kann mit einem sehr hohen Vorfertigungsgrad schnell, präzise und wirtschaftlich hergestellt werden. Die Orthoverbundplatte ist unanfällig bei extremen thermischen Ereignissen wie Blitzeisbildung und Zwangsbeanspruchungen infolge Heißeinbau von Gussasphalt.

The ortho-composite-slab - practical experience and scientific progress
The self-weight of the roadway slab is a very important issue for the design of wide-span bridges. Orthotropic decks are light, but very vulnerable to fatigue. Hence, orthotropic decks are planned very rarely nowadays. Reinforced concrete slabs on composite bridges are robust, but too heavy for large spans. The ortho-composite slab combines the advantages of orthotropic decks and concrete decks in a most favorable way. The general principle of lightweight composite slabs exists from the 1930s and has been successfully used on several wide-span bridges. The ortho-composite-slab is a combination of an orthotropic steel deck and a reinforced concrete slab in composite action. It unites the best out of both construction types. It is light, yet robust, durable and fatigue resistant. It can be built speedy, precise and economically, due to its high level of pre-fabrication. The ortho-composite-slab is less vulnerable to thermic loads such as black ice and hot pouring of asphalt.

Für den Ersatzneubau der Überführung der Bundesautobahn A73 über die ICE-Ausbaustrecke Nürnberg-Ebensfeld und die Bundesstraße 4 wurde ein innovativer Lösungsansatz mit unterschiedlich geformten Tragebenen gewählt. Die beiden äußeren Träger werden dabei als Doppelwelle ausgeführt - die mittleren Tragebenen als Monowelle optisch zu einer Einheit verbunden. Das Bauwerk bildet ein Merkzeichen und hält sich dennoch in der Erscheinung zurück. In Kombination mit den gläsernen Schutzwänden auf den äußeren Trägern ergibt sich ein elegantes Wellenspiel, welches ein Alleinstellungsmerkmal darstellt und sich wie selbstverständlich in die Landschaft einfügt.

The Güßbach Wave - an innovative steel composite bridge with asymmetric trough cross-section in wave design
For the replacement of the overfly over the highway A73, the high-speed railway road Nuremberg-Ebensfeld and the federal road B4 an innovative design concept with different shaped girders was chosen. The outer girders are designed as a double wave - the inner girders as a mono wave merge into one unity. The bridge creates both, an outstanding sign and also a distant figure. In combination with the transparent protection walls, an elegant wave game is created which establish a unique selling point and fits obviously into the landscape.

Persönliches:
Zum Tod von em. Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. Dr.-Ing. E.h. Hans-Ulrich Smoltczyk
Zum 300. Todestag von Christopher Julius Wren

Aus der Forschung:
Klebetechnik für Holz-Beton-Verbunddecken

Nachrichten:
Nachhaltiges Bauen im Studium

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Zum Titelbild:
Auf dem Titelbild zu sehen ist die Errichtung eines Regenbeckens im Zuge der achtstreifigen Erweiterung der A 7 im Bereich Hochstraße Elbmarsch (kurz K20) in Hamburg. Bis 2027 wird das Bauwerk unter laufendem sechsspurigem Betrieb auf acht Fahrspuren erweitert, die gealterte Bausubstanz wird instand gesetzt und das bislang ohne Behandlung in die Elbe geleitete Autobahnwasser wird künftig über fünf Regenbecken gereinigt. Becken aus Beton im Zuge von Bundesfernstraßen sind in der ZTV-ING geregelt. Unter Berücksichtigung des aktuellen Stands der Technik und der zwischenzeitlich vorliegenden Erfahrungen der Straßenbauverwaltungen sowohl hinsichtlich des Baus als auch des Betriebs von Becken und Pumpenhäusern sollte die Zuordnung dieser Bauteile zu Expositionsklassen überdacht werden. Der Beitrag auf S. 192-200 zeigt differenzierte Betrachtungen zu relevanten Umwelteinwirkungen und erläutert die Hintergründe für eine mögliche Anpassung der bisherigen Festlegungen. Bei einer globalen Kategorisierung sind nach den heutigen Regelungen viele Bauteile solcher Becken formal der Expositionsklasse XF4 zuzuordnen, woraus sich dann unmittelbar die zwingende Verwendung von LP-Beton ableitet. Differenzierte Betrachtungen, unter Einbeziehung spezifischer Randbedingungen und langjähriger Erfahrungen, lassen aber auch die Verwendung von Betonen ohne künstlich eingeführte Luftporen zu. (Foto: DEGES)

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Der Bauindustrie und insbesondere der Zement- und Betonindustrie kommt sowohl bei der Begrenzung der globalen Erwärmung als auch beim Schutz der natürlichen Ressourcen eine wichtige Rolle zu. Zentral ist dabei die Frage, wie es zum einen gelingt, die bei der Herstellung, Verwendung und dem Recycling von Beton einhergehenden CO2-Emissionen zu reduzieren und gleichzeitig den Ressourcenkreislauf zu schließen. Dabei sind enorm vielfältige Wege zum klimaoptimierten und ressourceneffizienten Betonbau denkbar und möglich. Die einzelnen Wege unterscheiden sich jedoch relativ stark in den dafür notwendigen technischen Maßnahmen, den normativen Voraussetzungen und nicht zuletzt in den erforderlichen Investitionen. Der vorliegende Beitrag gibt einen Überblick über den aktuellen Stand zum klimaverträglichen und nachhaltigen Bauen mit Beton und zeigt mögliche Potenziale hin zur Klima- und Ressourcenoptimierung bei der Betonherstellung auf. Der Fokus des Beitrags liegt auf dem Transportbetonsektor bzw. dem Ortbetonbau. Das Potenzial verschiedener Verfahren oder Maßnahmen zur CO2-Minderung und zum Ressourcenschutz wird nicht nur für eine einzelne Betonsorte, sondern anhand eines typischen Transportbetonwerks mit einem angenommenen jährlichen Betonproduktionsvolumen von 21.300 m3 anhand von Literaturangaben quantifiziert, um Anlagenbetreibern eine einfache Einschätzung der Wirksamkeit einzelner oder kombinierter Maßnahmen zu ermöglichen.

Roadmap for climate-optimized (ready-mix) concrete - Quantified consideration of options for action to increase sustainability and resource efficiency
The construction industry, and in particular the cement and concrete industry, has an important role to play both in limiting global warming and in protecting natural resources. The central question is how to reduce the CO2 emissions associated with the production, use and recycling of concrete while at the same time closing the resource cycle. A wide variety of paths to climate-optimized and resource-friendly concrete are conceivable and possible. However, the individual paths differ relatively strongly in the technical measures required, the normative prerequisites and, last but not least, the necessary investments. This article gives an overview on the current status of climate-friendly and sustainable concrete construction and illustrates potentials for climate and resource optimization in the concrete industry. The focus of the article is on the ready-mix concrete sector or in-situ concrete construction and the current status of climate and resource protection in this sector is illustrated. The potential of various processes or measures for CO2 reduction and resource protection is quantified not only for a single type of concrete, but also on the basis of a typical German ready-mix concrete plant with an assumed annual concrete production volume of approx. 21.300 m3, using literature data on the effectiveness of individual measures to enable plant operators to easily assess the effectiveness of individual or combined measures.

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.

Bei der Formoptimierung wird die äußere Gestalt eines Bauteils entsprechend dem vorherrschenden Kraftfluss gewählt. Hierdurch lassen sich bei gleichem Materialeinsatz große Laststeigerungen erzielen bzw. bei gleicher Tragfähigkeit hohe Materialeinsparungen. Im vorliegenden Beitrag wird eine Formoptimierung für außermittig beanspruchte Stützen vorgestellt, bei denen die Biegebeanspruchung aus einer Rahmenwirkung des Tragsystems resultiert. Dies ist z. B. in Randstützen typischer Stahlbetonskelettbauten der Fall, wie sie üblicherweise bei Wohn- und Geschäftshäusern zum Einsatz kommen. Das im Beitrag vorgestellte Formoptimierungsverfahren kann auf Stützen mit einem beliebigen Verhältnis von Momenten- zu Normalkraftbeanspruchung angewendet werden, unter Voraussetzung eines eintretenden Materialversagens. Ergebnisse zur Formoptimierung bei einem Stabilitätsversagen wurden für zentrisch gedrückte Stützen bereits gesondert veröffentlicht. Die Optimierung selbst erfolgt iterativ an einer über die Höhe segmentierten Stütze unter dem Kriterium, einen gleichmäßigen Spannungszustand im Bauteil zu erreichen. Mithilfe einer experimentellen Überprüfung an 3,3 m hohen Stützen konnte das gewählte Berechnungs- und Optimierungsverfahren verifiziert werden. Neben den Versagenslasten wurden an ausgewählten Punkten zudem die Betondehnungen sowie das Verformungsverhalten analysiert und bewertet.

Shape optimisation of eccentrically loaded columns - theory and experimental verification.
In shape optimisation, the external shape of the structural component is adapted to the predominant force flow. In this way, large load increases can be achieved with the same material use, or high material savings can be achieved with the same load-bearing capacity. In this paper, a shape optimisation for eccentrically loaded columns is presented, where the bending stress results from a frame effect of the load-bearing system. This is the case, for example, in edge columns of typical reinforced concrete skeleton structures, as they are usually used in residential and commercial buildings.
The shape optimisation method presented in the article can be applied to columns with an arbitrary ratio of a moment-normal force loading, provided that a material failure occurs. Results for shape optimisation in the case of a stability failure have already been published separately for centrically pressed columns. The optimisation itself is carried out iteratively on a column segmented over the height under the criterion of achieving a uniform stress state in the component. With the help of an experimental check on 3.3 m high columns, the selected calculation and optimisation method could be verified. In addition to the failure loads, the concrete strains and the deformation behaviour were also analysed and evaluated at selected points of the specimen.

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