Keine Kurzfassung verfügbar.

Eine baubegleitende oder langfristige Überwachung von historischen Bauwerken dient der Bemühung, Einwirkungen und Veränderungen an der bestehenden Bausubstanz frühzeitig zu erkennen, um etwaige Schädigungen zu verhindern und den Bestand zu sichern. Mit dem dargelegten Instrumentierungskonzept für Schloß Tirol in Südtirol wurde versucht, einige aussagekräftige Größen zu identifizieren und zu erfassen, um dieser Aufgabe mit den vorhandenen Mitteln bestmöglich gerecht zu werden. Zudem soll auch ein Abriß der wichtigsten Erkenntnisse aus den gewonnenen Meßdaten diskutiert werden.

Die immer komplexere Konstruktionsweise von Neubauten einerseits und die alternde Infrastruktur andererseits erfordern in manchen Fällen eine dauerhafte Überwachung, um besondere Einwirkungen und gegebenenfalls Schädigungen rechtzeitig und genau zu erkennen. Hierfür ist eine Vielzahl von Methoden und Sensoren verfügbar. Das Portfolio weist aber insbesondere bei der Detektion langsamer, räumlich begrenzter Veränderungen Lücken auf. Hierfür sind bisher sehr aufwändige Untersuchungen oder Installationen notwendig.
In der vorliegenden Arbeit werden Sensoren und zugehörige Auswertemethoden für die Ultraschalltransmission vorgestellt, die sich für die zerstörungsfreie, dauerhafte Überwachung von Beton eignen. Direkt oder nachträglich in Betonkonstruktionen eingebaut, ermöglichen sie eine nicht nur lokale, sondern größere Raumbereiche umfassende Dauerüberwachung von Änderungen der Materialeigenschaften.
Das Prinzip der Ultraschalltransmission und die verschiedenen Einflussparameter werden vorgestellt. Zu letzteren gehören neben der Belastung und Schädigung auch Umweltparameter wie Temperatur und Feuchte. Verschiedene Methoden zur Datenanalyse, wie z. B. die Codawelleninterferometrie, ermöglichen eine Detektion kleinster Veränderungen. Die in den Beton einzubettenden Ultraschallsensoren werden vorgestellt und ihr Einbau und Betrieb beschrieben. Als Beispiele für Anwendungen werden Frost-Tauwechsel-Experimente im Labor, die Detektion von lokalen Lasten im Technikumsmaßstab und der Einsatz an realen Brücken diskutiert. Die Sensoren sind zum Teil bereits seit mehreren Jahren in Probeobjekte eingebettet und liefern zuverlässig wertvolle Daten.

Monitoring of concrete constructions by embedded ultrasonic sensors
Challenging new constructions and the ageing infrastructure are increasing the demand for permanent monitoring of loads and damages. Various methods and sensors are used for this purpose. But the technologies available today have difficulties in detecting slowly progressing locally confined damages. Extensive investigations or instrumentations are required so far for this purpose.
In this study we present new sensors and data processing methods for ultrasonic transmission, which can be used for non-destructive permanent monitoring of concrete. They can be mounted during construction or thereafter. Larger volumes can be monitored by a limited number of sensors for changes of material properties.
The principles of ultrasonic transmission and influencing factors are presented. This latter include load, damages as well as environmental parameters as temperature or moisture. Various methods for data processing, e. g. coda wave interferometry are introduced. They allow the detection of very small changes in the medium. The embedded sensors are shown including mounting and operation. Application examples so far include small scale laboratory freeze-thaw experiments, localizing loads in larger concrete models and monitoring load effects on real structures. Some sensors are operating already for several years.

Das Bauen auf weichen organogenen Böden stellt in bezug auf die Beurteilung des Bauwerk-Baugrund-Wechselverhaltens immer besondere Anforderungen an den Geotechniker. In den meisten Fällen kann dabei das Bauwerk und seine Gründung bei bekannten Materialeigenschaften und einer somit möglichen Prognose hinsichtlich seines Verformungsverhaltens für die vorhandenen Untergrundverhältnisse bemessen werden. Beim Bau des neuen Containerterminals Altenwerder in Hamburg wird auf einer ca. 30 ha großen Grundfläche ein bis zu 31 m hoher Erdwall (Volumen 3 Mio. m3) aus und auf Weichböden errichtet. Bei diesem Bauvorhaben bestand bereits zu Baubeginn die Forderung, die Bauzeit von anfänglich mehr als 4 Jahren auf weniger als 3 Jahre zu verkürzen. Mit Blick auf die Standsicherheitssituation wurde die Beobachtungsmethode nach DIN V 1054-100 angewendet. Anhand der dabei baubegleitend ermittelten Verformungen und Porenwasserdrücke wurden ständig aktualisierte und optimierte Standsicherheits- und Verformungsbetrachtungen nach der Finiten-Elemente-Methode durchgeführt und so die Aufhöhungsgeschwindigkeit des Erdwalls gesteuert.

Grundlage für die Erstellung eines Digitalen Zwillings ist ein geeignetes Modell mit einer engen Verbindung zur Realität in Form von Messdaten. In diesem Beitrag wird erläutert, wie Modell und Messdaten der Tragstruktur einer Windenergieanlage gewonnen werden können. Das Vorgehen wird an einer realen Anlage mit Beton/Stahl-Hybridturm umgesetzt. Das Monitoring umfasst die Überwachung von Schwingungen, Dehnungen und Temperatur sowie eine Ermittlung des dynamischen E-Moduls im Betonteil durch Schallgeschwindigkeitsmessungen. Als Modell wurde ein Finite-Elemente-Modell mit Schalenelementen gewählt, welches Versteifungseffekte aus statischen Lasten berücksichtigt. Ein Abgleich zwischen Modell und Realität ist die wichtigste Voraussetzung für die Verwendung eines Digitalen Zwillings: Daher wird eine mehrstufige Modellvalidierung anhand modaler Parameter und lokaler Materialspannungen durchgeführt. Der Digitale Zwilling bietet verschiedene Nutzungsszenarien; hier wird eines exemplarisch durchgeführt, die Ermüdungsberechnung und Restlebensdauerabschätzung. Dafür werden Materialspannungen an hoch belasteten Positionen anhand von Messdaten und Modell ermittelt. Das Ergebnis sind aktuell noch unrealistisch hohe Lebensdauern für den Betonteil. Die Ergebnisse basieren auf relativ kurzen (1 Stunde, 24 Stunden) Spannungszeitreihen. Dies könnte eine Ursache für die hohen Werte sein. Es könnte auch ein Hinweis darauf sein, dass Materialermüdung einen für den Betonteil unkritischen Lastfall darstellt.

Monitoring and Modeling of a Wind Turbine Support Structure to Create a Digital Twin
The basis for creating a digital twin is a suitable model with a close connection to reality in the form of measurement data. In this paper it is explained how model and measurement data of the support structure of a wind turbine can be obtained. The procedure is implemented on a real wind turbine with a concrete/steel hybrid tower. The monitoring includes the acquisition of vibrations, strains and temperature as well as the determination of the dynamic Young's modulus of the concrete structure by sound velocity measurements. For modeling, a finite element model with shell elements was chosen, which takes into account stiffening effects from static loads. A comparison between model and reality is the most important premise for the use of a digital twin: Therefore, a multi-stage model validation based on modal parameters and local material stresses is performed. The Digital Twin offers different usage scenarios; here one is carried out: the fatigue calculation and remaining useful life (RUL) estimation. For this purpose, material stresses at highly stressed positions are determined using measurement data and model. The results are currently still unrealistically high lifetimes for the concrete part. The results are based on relatively short (1 h, 24 h) stress time series. This could be one reason for the high values. It could also be an indication that fatigue is a non-critical load case for the concrete part.

Der Pilotstandort Ketzin in Brandenburg ist das erste und bisher einzige aktive CO2-Speicherprojekt in Deutschland. Seit Beginn der Einspeicherung von Kohlenstoffdioxid (CO2) im Juni 2008 wurden bis Dezember 2011 mehr als 56.000 t CO2 erfolgreich in Sandsteinhorizonte in einer Tiefe von 630 bis 650 m injiziert. Die Injektion von CO2 wird von einem der weltweit umfangreichsten wissenschaftlichen Forschungs- und Entwicklungsprogramme begleitet. Die Ergebnisse zeigen, dass (i) die geologische Speicherung von CO2 am Pilotstandort Ketzin sicher, verlässlich und ohne Gefährdung von Mensch und Umwelt verläuft, (ii) eine sinnvoll eingesetzte Kombination verschiedener geochemischer und geophysikalischer Überwachungsmethoden in der Lage ist, bereits geringe Mengen CO2 zu detektieren und ihre räumliche Ausdehnung abzubilden, (iii) die durch das injizierte CO2 induzierten Wechselwirkungen zwischen Fluid und Gestein am Standort Ketzin keine signifikanten Auswirkungen haben und die Integrität der Speicher- und Deckgesteine nicht beeinflussen, und (iv) numerische Simulationen das zeitliche und räumliche Verhalten des injizierten CO2 wiedergeben können.

Monitoring and modelling of geological storage of CO2 - Experiences gained at the Ketzin pilot site, Brandenburg (Germany).
The Ketzin pilot site in Brandenburg was the first and is still the only active CO2 storage project in Germany. Since start of injection of carbon dioxide (CO2) in June 2008, more than 56,000 t CO2 have been successfully injected into sandstone horizons at depths of 630 to 650 m until December 2011. The injection of CO2 is accompanied by one of the most comprehensive scientific research and development programmes. The results show that i) the geological storage of CO2 at the Ketzin test site runs safely, reliably and without any risks for people and environment, ii) a meaningful combination of different geochemical and geophysical monitoring techniques is able to detect even small amounts of CO2 and to mirror its spatial distribution, iii) fluid-rock interactions induced by the injected CO2 have no significant effects at the Ketzin test site and do not affect the reservoir and cap rocks' integrity, and iv) numerical simulations are able to quantify the timely and spatial behaviour of the injected CO2.

Im Tunnelbau bildet die Überwachung der signifikanten Einwirkungs- und Strukturparameter während der Bauphase und des Betriebs die Basis für die Bewertung des Zustands und der Sicherheit des Bauwerks. Die erfassten Daten stellen des Weiteren die Grundlage zur nummerischen und mechanischen Modellbildung dar, um eine effiziente Entscheidungsfindung und Maßnahmenplanung zu gewährleisten. Die Überwachung beinhaltet die Erfassung und Bewertung der geologischen Gegebenheiten, der induzierten Auswirkungen während des Vortriebs und die kontinuierliche Kontrolle für den weiteren Betrieb und Unterhalt des Bauwerks. Methoden der Bauwerksüberwachung und Diagnose stellen aufgrund der quantitativ erfassten Systemparameter ein wesentliches Element für die Zuverlässigkeitsanalyse dar. Die geeignete Wahl von Kontroll- und Messinstrumenten ist jedoch nur einen Teilaspekt der Bauwerksüberwachung. Die Auswertung und Interpretation der erhobenen Daten, die Gegenüberstellung mit den normativen Anforderungen und Grenzwerten, die Anpassung der analytischen Modellannahmen aufgrund des Vergleichs von gemessenen und berechneten Daten zeigen die Komplexität dieses Aufgabengebietes.

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In England zeigen an vielen Spannbetonbauwerken, mit jährlich zunehmendem Umfang, Bauschäden. Bei den Inspektionen wurden zum ersten Mal Lichtwellenleiter-Sensoren verwendet. Diese eignen sich besonders für Dehnungsmessungen von Brücken über die gesamte Länge der Bauwerke.

Zur Analyse des Verhaltens von Beton unter Brandeinwirkung werden in der Regel experimentelle Methoden angewandt [1]. Diese Vorgehensweise ist allerdings kostspielig und sehr zeitaufwendig. Deshalb ist es wichtig, bei den Versuchen so viele verwertbare Daten wie möglich zu gewinnen. Die meisten Standardversuche ermöglichen derzeit lediglich den Vergleich zwischen dem Zustand des Betons vor und nach den Experimenten [1]. Daraus lassen sich leider keine Informationen über die zeitabhängige Entwicklung des Schädigungsprozesses ableiten. Gerade diese Informationen sind jedoch notwendig, wenn der Mechanismus der dynamischen Betonschädigung in Gänze nachvollzogen werden soll, um daraus entsprechende materialtechnologische Optimierungen wie auch Versuchsrandbedingungen ableiten zu können. Dafür werden Messsysteme benötigt, mit deren Hilfe sich der gesamte Einwirkungsvorgang und dessen Folgen überwachen und erfassen lassen. Solche Systeme können begleitend zur Temperaturüberwachung, zur Sichtprüfung und tachymetrischen Bestimmung der Abplatztiefe sowie zur Wägung des Probekörpers vor und nach den Versuchen eingesetzt werden. Für diesen Zweck kommen volumenorientierte zerstörungsfreie Prüfverfahren infrage, wie Ultraschall oder Impakt-Echo. Als besonders geeignet hat sich die Schallemissionsanalyse erwiesen. Dieses Verfahren ermöglicht die Überwachung der Schädigungsprozesse im gesamten Probekörper und über die gesamte Versuchsdauer. In diesem Beitrag werden die Ergebnisse von experimentellen Untersuchungen im Rahmen von DFG- und BMWi-geförderten Forschungsvorhaben vorgestellt, bei denen solche Messsysteme erfolgreich verwendet wurden. Dabei konnte die grundsätzliche Anwendbarkeit und Zweckmäßigkeit verschiedener Messsysteme zur Überwachung der zeitabhängigen Entwicklung der Betonschädigung unter Brandeinwirkung eindeutig nachgewiesen werden.

Detection of the time-dependant development of concrete spalling under fire exposure
In order to analyze the behaviour of concrete under fire exposure experimental investigations are used [1]. This practice is expensive and very time-consuming. So, it is essential to get as most suitable information out of such experiments as possible. At the present, most standard experiments are only capable of comparing a condition of concrete before and after the experiments [1]. Unfortunately, information of the time-dependent development of the damaging process cannot be resolved. In order to fully understand the mechanism of dynamic concrete damage under fire exposure, this information is crucial. Therefore, it is necessary to develop measurement systems which are able to monitor and detect the entire exposure process and its consequences. These systems should be applied additionally to the temperature monitoring, the visual inspection and a weighting of the specimen before and after the experiments. For this purpose volume-orientated non-destructive testing methods are considered. It is possible to use ultrasonic systems or impact-echo methods, but the most suitable are acoustic emission techniques. With this method it is possible to monitor damage processes of the complete specimen volume and during the whole time of the experiments. The paper will present results of experimental investigations where such systems have been successfully applied to test the feasibility, practicability and the usefulness of different measurement systems to verify the time-dependent development of concrete spalling under fire exposure.

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Die B 1-Brücke am Altstädter Bahnhof war der wichtigste Verkehrsknotenpunkt in Brandenburg an der Havel. Im Dezember 2019 wurden die überführte Bundesstraße und die Straßenbahnlinie für den Verkehr gesperrt. Grund für die Sperrung war eine einsetzende Rissbildung in den Längsträgerstegen in Verbindung mit Hohlstellen, die letztlich auf gerissene Spanndrähte zurückgeführt werden. Um eine Sperrung der hoch frequentierten unterführten Verkehrswege zu verhindern, wurde ein umfangreiches Überwachungskonzept erforderlich. Wesentlicher Bestandteil dieses Konzepts war ein auf der Schallemissionsanalyse basierendes Monitoringsystem, mit dessen Hilfe Spanndrahtbrüche aufgezeichnet und lokalisiert werden konnten. Auf Grundlage der so gewonnenen Ergebnisse konnten Schwerpunkte für die Bauwerksprüfung abgeleitet werden. In diesem Bericht werden die gewonnenen Erkenntnisse zum messtechnisch erfassten Schadensfortschritt und den damit verbundenen visuell festgestellten Schäden beschrieben. Dabei werden die Besonderheit des verbauten konzentrierten Spannglieds (Spannblockverfahren nach TGL 173-33) und des Spannstahls in Bezug auf die Schadensbilder dargestellt. Die gewonnenen Erkenntnisse sollten bei der Beurteilung anderer Bauwerke mit vergleichbarer Bauart berücksichtigt werden.

Monitoring of the bridge at the Altstädter Bahnhof in Brandenburg a. d. Havel
The B 1 bridge at the Altstädter Bahnhof was the most important traffic junction in Brandenburg an der Havel. In December 2019, the overpassed federal highway and tram were closed to traffic. The reason for the closure was incipient cracking in the longitudinal girder webs in conjunction with hollow swells that were ultimately attributed to cracked prestressing wires. In order to prevent a closure of the highly frequented traffic routes underneath, an extensive monitoring concept was required. An essential component of this concept was a monitoring system based on acoustic emission analysis, with the help of which tension wire breaks could be recorded and localized. Based on the results obtained in this way, it was possible to identify focal points for the inspection of the superstructure. This report describes the findings on the progress of damage recorded by measurement technology and the associated damage detected visually. In this context, the special feature of the installed concentrated tendon (tendon block method according to TGL 173-33) is described with regard to the damage patterns. In the course of the verification of the working hypotheses after demolition of the structure, new findings were obtained on a design-related hydrogen-induced stress corrosion cracking, as a result of which the prestressing wires tended to brittle fracture. The findings obtained should be taken into account in the assessment of other structures of comparable design.

Es wird das Verfahren der zerstörungsfreien Prüfung der Betondruckfestigkeit mit Hilfe des Rückprallhammers in allgemeiner Form beschrieben. Für den besonderen Fall der Prüfung von Stahlbetonfertigteilen aus Leichtbeton wird ein Vergleich der Ergebnisse von Würfel- und Prismendruckfestigkeitsprüfungen mit denen von Untersuchungen mit Hilfe des Rückprallhammers vorgenommen. Es zeigt sich, daß verschiedene Hammertypen nicht uneingeschränkt für den Leichtbeton einsetzbar sind, die Anwendungsbedingungen müssen für jeden Einzelfall vorher gprüft werden.

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Es werden die Übertragungsmatrizen des Balkens auf elastischer Bettung unter Wirkung der beliebigen Querlast und Normalkraft mit Berücksichtigung der Schubverformung dargestellt.

Die Quertragfähigkeit eines Stahlbetonbalkens mit und ohne Vorspannung setzt sich aus drei Tragwirkungen zusammen: der Haupttragwirkung der Schubbewehrung, dem Traganteil der lotrechten Komponenten der Biegedruckkraft und den sonstigen Nebentragwirkungen. Auf dieser Grundlage werden die Gesetze für eine komponentenweise Übertragung der Ergebnisse von Modellversuchen auf Hauptausführungen formuliert. Weiterhin werden Masstabsfaktoren angegeben, die es erlauben, bei nicht vollkommen vorhandener Ähnlichkeit eine Umrechnung der Ergebnissevorzunehmen. Ein Vergleich der Versuchsergebnisse zeigt eine guteÜbertragbarkeit in Bezug auf die Bruchlasten, auf Rissverhalten und Durchbiegung.

Die Herleitung der exakten Übertragungs- und Steifigkeitsmatrizen für die Berechnung nach Theorie 2. Ordnung mit der Möglichkeit die Berechnung von Stabwerken mit Hilfe des Übertragungsverfahrens oder der Methode der finiten Elemente durchzuführen.

Im Beitrag wird gezeigt, daß es mehr als 50 Jahre nach dem Beginn der Vorfertigung von Spannbeton-Fertigteilen und der großen weltweiten Entwicklung dieser Bauteile noch immer nicht gelungen ist, die Übertragung der Vorspannung, die damit zusammenhängende Bemessung dieser Zone und die sinnvolle Überwachung der Qualität einfach und wirklichkeitsnah zu beschreiben bzw. zu praktizieren. Insbesondere die Normen weisen diesbezüglich Defizite auf. Die Schwierigkeiten, denen man bei der Prüfung des Übertragungsansatzes begegnet, spielen dabei eine bedeutende Rolle. Der Beitrag stellt daher eine einfache Methode vor, mit der nicht nur die Länge der Übertragungszone bestimmt werden kann, sondern auch die Art der Übertragung, durch Formschluß oder Reibung, sowie der Verlauf der Zug- und Haftspannungen über die Übertragungslänge. Diese Methode ist besonders dort geeignet, wo die Übertragungslänge sehr kurz ist, z. B. bei hochfestem Beton oder Spanngliedern aus Kunststoffasern.

Der Baustoff Mauerwerk hat eine Jahrtausend alte Tradition und wurde früher nur auf der Basis von Erfahrung und handwerklichem Können angewendet. Er kam deshalb bis in die zweite Hälfte des vorigen Jahrhunderts fast ohne Berechnung aus. Die jedoch immer höheren Anforderungen, beispielsweise aus der Notwendigkeit der Energieeinsparung, haben zu einer raschen Entwicklung der Mauerwerksprodukte geführt. Die Berechnung und Bemessung versuchte mitzuhalten oder nachzuziehen. Die Mittel der Computertechnik zur realitätsnahen Abbildung des Baustoff- und Bauteilverhaltens ermöglichten es, Tragwerke aus Mauerwerk besser beurteilen zu können. Die neuen Erkenntnisse und Verfahren der Mechanik konnten und können immer nutzbringender für die Weiterentwicklung der Berechnungs- und Bemessungsmethoden im Mauerwerksbau eingesetzt und zur Klärung von Verhaltens- und Versagensphänomenen angewendet werden.
Aber auch Schäden an bestehenden Mauerwerksbauten veranlassten die Ingenieure, den mechanischen Ursachen unter Nutzung der modernen Methoden der Baumechanik auf den Grund zu kommen und geeignete Reparatur- oder Verstärkungstechnologien behutsam einzusetzen.
Heute ist die numerische Analyse integraler Bestandteil der Forschungsstrategie im Mauerwerksbau. Sie wird vorrangig zur Problemlösung und zur Ursachenklärung eingesetzt. Für die täglichen Planungsaufgaben reichen die bisherigen Mittel üblicher Ingenieurlösungen nach wie vor aus. Für Problemlösungen und Schadensabklärungen werden meist Mittel und Möglichkeiten der modernen Baumechanik eingesetzt, die jedoch i. d. R. umfangreiches Spezialwissen und entsprechende Erfahrungen erfordern. Die Überprüfung der Ergebnisse ist oft schwer möglich, muss bei bestehenden Bauwerken an der Realität vorgenommen und zusätzlich durch weitere Plausibilitäts- und Ingenieurkontrollen ergänzt werden.
Nachfolgend soll eine kurze Einführung zur numerischen Simulation und Modellierung von Mauerwerk gegeben werden. Die anschließenden Beiträge zeigen die Einsatzmöglichkeiten von numerischen Methoden im Mauerwerksbau, wobei nur neuere Ergebnisse und Beispiele gezeigt werden sollen.

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Im Gegensatz zum Knickproblem bei Stahlbetondruckgliedern stehen zum Nachweis der Kippstabilität schlanker Stahlbeton- und Spannbetonträger bislang noch keine praxisgerechten, allgemein anerkannten Hilfsmittel zur Verfügung. Daher wird in diesem Aufsatz ein Überblick über die zur Zeit bestehenden Möglichkeiten zur Abschätzung der Kippsicherheit gegeben. Die bislang üblichen Verfahren werden miteinander verglichen. Insbesondere zeigen die Verfasser Anwendungsbereiche auf, wo diese Näherungen zu auf der unsicheren Seite liegenden Ergebnissen führen können. Für diese Fälle wird empfohlen, den Sicherheitsbeiwert ausreichend groß zu wählen und, sofern die Verfahren deren Berücksichtigung gestatten, ungünstige Annahmen über die Trägervorverformungen zu treffen.

Es werden verschiedene Ansätze für die Berechnung des Spannungsrelaxationsverlaufs aus einem bekannten Kriechdehnungsverlauf eines Normalbetons untersucht und einem wertenden Vergleich einander gegenübergestellt. Dabei zeigt sich, daß die Berechnungen nach dem Superpositionsprinzip (Differenzenverfahren) und der algebraischen Gleichung nach Trost die besten Anpassungen an die gemessenen Restspannungen ergaben.

Die Entwicklung des europäischen Binnenmarkts fordert unter anderem auf dem Gebiet der Herstellung und Qualitätssicherung von Beton, eine Harmonisierung der nationalen Vorschriften. Es wird über den Stand dieser Bemühungen berichtet.