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Die durch Tausalz und Carbonatisierung hervorgerufene Korrosion von Betonstahl verursacht in Mitteleuropa jedes Jahr einen erheblichen Instandsetzungsaufwand. Der Einsatz von Korrosionsmonitoring an Stahlbetonbauwerken ermöglicht die Beurteilung, ob eine Schädigung bereits stattgefunden hat und wie schnell diese fortschreitet. So kann das Eindringen der Depassivierungsfront in ein chloridbelastetes Bauwerk festgestellt oder bei bereits stattfindender Korrosion die Größenordnung des Schädigungsfortschritts abgeschätzt werden. Somit kann durch den Einbau entsprechender Sensoren in bestehende Bauwerke der Instandsetzungserfolg nach Abschluss von Instandsetzungsarbeiten nach Verfahren 8.3 gemäß der Technischen Regel Instandhaltung von Betonbauwerken des DIBt nachgewiesen werden. Bislang gibt es jedoch kein Regelwerk für das Korrosionsmonitoring. Im Jahr 2018 wurde erstmals ein Merkblatt B12 der DGZfP veröffentlicht, das als Leitfaden dienen kann. Darüber hinaus wurde in den letzten drei Jahren in Deutschland ein breit angelegtes WIPANO-Forschungsprojekt mit dem Namen “KoMICS” mit dem Ziel durchgeführt, offene Fragen beim Korrosionsmonitoring zu beantworten. Die dabei gewonnenen Erkenntnisse werden in eine DAfStb-Richtlinie einfließen, die sich derzeit in Bearbeitung befindet. Nachfolgend werden die relevanten Erkenntnisse der von der Hochschule für angewandte Wissenschaften München untersuchten Fragestellung zum Korrosionsmonitoring an ungerissenen Stahlbetonbauteilen in der Schädigungsphase vorgestellt.

Corrosion Monitoring in Reinforced Concrete Structures - New Research Results
Corrosion of reinforcing steel caused by de-icing salt and carbonation leads to considerable repair costs in middle Europe every year. The use of corrosion monitoring on reinforced concrete structures opens up new possibilities for interpreting whether damage has already occurred and how quickly it is progressing. Thus, the penetration of the depassivation front into a chloride-loaded structure can be determined, or, if corrosion is already taking place, the magnitude of the damage progress can be estimated. By installing appropriate sensors in existing structures, the repair success can be verified after completion of repair work in accordance with procedure 8.3 of TR IH. To date, however, there is no code of practice for corrosion monitoring. In 2018, a leaflet B12 of the DGZfP was published for the first time, which can serve as a guideline. In addition, a broad WIPANO research project called “KoMICS” on open questions on corrosion monitoring has been carried out in Germany over the past three years. The findings of this project will be incorporated into a DAfStb Guidline, which is currently being edited. Relevant findings of the investigated task part of the research project at the Munich University of Applied Sciences HM are presented below.

Herrn Professor Dr.-Ing. Prof. h.c. Dr.-Ing. E.h. Hans-Wolf Reinhardt zu seinem 80. Geburtstag gewidmet
Untersucht wurde die Druckfestigkeit von zwei Betonen unter zweiaxialer dynamischer Druckbeanspruchung. Dabei wurde ein zweiaxialer Split-Hopkinson-Bar verwendet, welcher die dynamische Beanspruchung in Form zweier senkrecht zueinander verlaufender Belastungswellen auf den Probekörper aufbringt. Zur Referenz wurden die statischen Druckfestigkeiten unter biaxialer Belastung mit verschiedenen Spannungsverhältnissen der beiden Belastungsachsen in einer Triaxialprüfmaschine ermittelt. Die Ergebnisse deuten auf eine teilweise Überlagerung, jedoch keine vollständige Superposition der beiden festigkeitssteigernden Effekte aus mehraxialer Druckbeanspruchung und erhöhter Dehnrate hin. Insbesondere sind deutliche Unterschiede im Bruch- und Rissbild bei den unterschiedlichen Belastungsarten zu erkennen.

The compressive strength of concrete under biaxial dynamic compression
The compressive strength of two concretes under biaxial dynamic compressive stress was investigated. A biaxial split Hopkinson bar was used, that applied the dynamic load to the test specimen in the form of two load waves perpendicular to each other. For reference, the static compressive strengths under biaxial load with different stress ratios of the two load axes were determined in a triaxial testing machine. The results indicate a partially superposition of the two strength-increasing effects of multi-axial compressive stress and increased strain rate. In particular, clear differences can be seen in the fracture and crack pattern for the different load types.

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Zur Bewertung der Sicherheit vorhandener Bauwerke wird der Sicherheitsbegriff in den Risikobegriff überführt. Anschließend werden verschiedene Parameter zur Abbildung von Risiken vorgestellt. Diese Parameter werden bei der Beurteilung der Sicherheit von zwei historischen Brücken über schiffbare Flüsse unter der möglichen Einwirkung Schiffsanprall beispielhaft verwendet.

Es wird ein Einblick in die Vorgehensweise zur Fertigung von Knotenstrukturen im Stahlbau mittels Wire and Arc Additive Manufacturing (WAAM) und der numerischen und experimentellen Untersuchung der Knotenstrukturen gegeben. Ausgehend von der geometrischen Komplexität sich schneidender Profilstäbe aus Stahl werden wesentliche Punkte bei der simulationsgestützten Ermittlung von Knotenstrukturen beschrieben. In Abhängigkeit von den Lastfällen können unterschiedliche Strukturen in der Topologieoptimierung gefunden werden. Für die Herstellung der Knotenstruktur durch das Wire and Arc Additive Manufacturing müssen die numerisch gefundene Geometrie angepasst sowie Varianten der Bahnplanung entwickelt und bewertet werden. Dabei wird auch der Einfluss von Prozessparametern auf Verzug, Endkonturnähe und mechanische Eigenschaften der Bauteile untersucht. Für die Prognose von Spannungs- und Verformungszuständen des Knotens wird eine vereinfachte thermische und mechanische Analyse des Herstellungsprozesses durchgeführt. Weiter wird ein Verfahren für eine In-situ-Bauteilprüfung vorgestellt, welche Prozessunregelmäßigkeiten anhand von Sensordaten erkennt und deren Einflüsse auf die mechanischen Eigenschaften des Bauteils bewertet, wodurch frühzeitig im Prozess Maßnahmen zur Fehlerkorrektur getroffen oder Kosten durch Ausschuss reduziert werden können.

Production of 3D printed steel nodes structures
An insight into the procedure for manufacturing node structures in steel construction using Wire and Arc Additive Manufacturing (WAAM) and the numerical and experimental investigation of the node structures is given. Based on the geometric complexity of intersecting steel profile bars, essential points in the simulation-based determination of node structures are described. Depending on the load cases, different structures can be found via topology optimization. For the production of the node structure by wire and arc additive manufacturing, the numerically found geometry must be adapted and path planning variants have to be developed and evaluated. The influence of process parameters on warpage, near net shape and mechanical properties of the components is also examined. A simplified thermal and mechanical analysis of the manufacturing process is carried out for the prognosis of the stress and deformation states of the node. Furthermore, a method for in-process quality assurance is presented, which recognizes process irregularities on the basis of sensor data and evaluates their influence on the mechanical properties of the component, whereby measures for error correction can be taken early in the process and costs through rejects can be reduced.

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Das Ziel dieses Beitrages ist es, die Einsetzbarkeit der Methode der Mehrkörperdynamik für die Formulierung von Grenzzuständen bei Stahlkonstruktionen aufzuzeigen, Die Methode der Mehrkörperdynamik dient der Erfassung kinematischer Vorgänge, bei denen sich mit der Zeit die Geometrie oder die Systeme stark verändern und ist ursprünglich im Maschinenbaubereich beheimatet. Im ersten Teil dieser Trilogie, wird die Methode der Mehrkörperdynamik in der Schreibweise von Wittenburg vorgestellt, die Grundlage für die Entwicklung des Mehrkörperprogrammsystems MEPHISTO ist. Der folgenden beiden Teile beschäftigen sich mit neuartigen Mehrkörper-Ersatzmodellen für die Abbildung plastischer Gelenke, Seile und Kontaktzonen.

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