Nähere Erläuterungen zur Anwendung des Berechnungsverfahrens, das gegenüber dem Verfahren von Dischinger oder der Gleichung, die über die mittlere, kriecherzeugende Spannung den Spannkraftverlust bestimmt, in gewissen Anwendungsfällen eine grössere Genauigkeit der Berechnung erlaubt.

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1995 erhielten die Sächsischen SANDSTEINWERKE erstmals den Auftrag zur Herstellung und Lieferung von Werksteinen für die Dresdner Frauenkirche. Seither begleiteten sie damit das Vorhaben bis hin zum letzten Stein, der in der Laterne am 13. April 2004 versetzt wurde. Zu Beginn der Arbeiten konnten Unternehmensleitung und Mitarbeiter noch nicht einschätzen, und so ging es vielen die am Wiederaufbau beteiligt waren, mit welchen Aufgaben sie in der Folgezeit konfrontiert werden sollten. Die fortschreitende Planung ging mit einer Fortbildung der einzelnen Bearbeiter wie auch des Unternehmens einher. Aus heutiger Sicht erscheint vieles, was geschaffen wurde, selbstverständlich. Die Lösungen von Problemen und komplizierten Aufgaben stellen sich heute logisch und einfach dar. Die vielen Stunden des Suchens vor der Lösung sind vergessen. Wenn Bauleute, Architekten und interessierte Menschen in einem Rundgang durch die Frauenkirche geführt werden und von der Arbeit berichtet wird, hört und spürt man immer wieder, welche Achtung allen am Wiederaufbau Beteiligten entgegengebracht wird.
Nachfolgend wird ein Einblick in die schwierige Aufgabe der Erarbeitung der steintechnischen Angaben und Unterlagen für die Bearbeitung von Werksteinen allgemein als auch speziell für die Wiederherstellung der Kuppel gegeben.

Bei der Felssicherung und -sanierung des unter Denkmalschutz stehenden Drachenfelses bei Bonn, einem wichtigen touristischen Anziehungspunkt des Rheinlandes, wurden Konstruktionselemente des Stahlbetons, des Spannbetons und der Felsmechanik angewandt. Das vulkanische Trachytgestein, durch Abkühlungsprozesse im Verlauf der Entstehungsgeschichte vielfach gespalten, wurde zusätzlich durch die Nutzung als Steinbruch schon im Mittelalter in seiner Standsicherheit geschädigt. Der Felssturzgefahr wurde mit vorgespannten Felsankern, die sich zur Lastverteilung auf am Fels entlang verlaufenden Gurten abstützen, gesichert.

Versuche zum Verformungsverhalten von Wänden und Pfeilern aus KS-Mauerwerk als Grundlage der zu überarbeitenden DIN 1053

Zyklisch axiale Einwirkungen auf Pfähle können bekanntlich zur Akkumulation der plastischen Verschiebung des Pfahls und zur Änderung der postzyklischen Tragfähigkeit führen. Zu den Ursachen dieser Phänomene bestehen aber noch erhebliche Kenntnisdefizite. Im Rahmen eines DFG-Forschungsprojekts sind neue Erkenntnisse zum zyklischen und postzyklischen Pfahltragverhalten erzielt worden. Dieser Beitrag berichtet von der Methodik und den wesentlichen Ergebnissen dieser Untersuchungen: In insgesamt 77 Probebelastungen an Modellpfählen konnten durch die Variation der Belastungsparameter und der Bodenkenngrößen verschiedene Einflussfaktoren für die Akkumulation der plastischen Verschiebung des Pfahls und die Änderung der Tragfähigkeit identifiziert werden. Auf Grundlage von Spannungsmessungen im Pfahlnahbereich und der Beobachtung von bodenmechanischen Vorgängen mithilfe der Particle Image Velocimetry (PIV) konnten Hypothesen zum zyklischen und postzyklischen Tragverhalten abgeleitet werden. Schließlich wird ein neuartiges Interaktionsdiagramm vorgestellt, mit dem das zu erwartende Verschiebungsverhalten des Pfahls qualitativ abgeschätzt werden kann.

Experimental findings on pile behaviour under cyclic axial loading.
It is known that cyclic axial loads may lead to the accumulation of plastic pile displacement and to the change in post-cyclic pile capacity, but the causative mechanisms of cyclic pile behaviour are not completely understood. Thus, within the framework of a project supported by the German Research Foundation (DFG), the cyclic and post-cyclic pile behaviour was systematically investigated using three experimental concepts. This paper reports about the investigation techniques and the significant findings of test results: In 77 model tests loading parameters and soil properties were modified. In this way it was possible to identify key influence factors for the accumulation of plastic pile displacement and for the change in post-cyclic pile capacity. Based on stress measurements and observation of soil mechanical mechanisms using Particle Image Velocimetry (PIV) different hypothesis for cyclic and post-cyclic pile behaviour could be derived. Finally, in order to forecast the plastic pile displacements from a qualitative viewpoint, a novel interaction diagram is presented.

Beim Taktschieben wird der Brückenquerschnitt durch biaxiale Spannungen infolge der Lasteinleitung aus dem Verschublager des letzten Pfeilers und des dort auftretenden Biegemoments beansprucht. Zusätzlich treten unumgängliche Exzentrizitäten aus der Lasteinleitung des Verschublagers auf, wodurch eine zusätzliche Biegebeanspruchung aus der Ebene für das Stegblech resultieren kann. Während herstellungsbedingte Toleranzen in Form von Imperfektionsbeiwerten oder geometrischen Ersatzimperfektionen in den aktuellen Regelungen zum Beulnachweis nach DIN EN 1993-1-5:2019 bereits berücksichtigt sind, beinhalten diese keine Möglichkeit, Exzentrizitäten bei der Lasteinleitung aus den Verschublagern zu berücksichtigen. In der Praxis werden deshalb oft zusätzliche Nachweise gefordert, die normativ nicht geregelt sind und demzufolge einen erheblichen Mehraufwand für die Bemessung und Ausführung verursachen. Um diese Problemstellung zu beantworten, wurden im Rahmen der Beuluntersuchung zur Talbrücke Thulba und des Forschungsprojekts zum Beulnachweis von längsausgesteiften Beulfeldern unter mehrachsiger Beanspruchung großmaßstäbliche Beulversuche und numerische Berechnungen durchgeführt. Auf deren Basis wurde von der Hauptautorin ein Vorschlag zur Berücksichtigung einer exzentrischen Lasteinleitung beim Beulnachweis entwickelt. Der vorliegende Teil 1 dieser Veröffentlichung beschreibt die experimentellen und numerischen Untersuchungen zum Einfluss einer exzentrischen Lasteinleitung unter Berücksichtigung verschiedener Verschublagertypen. Die Ergebnisse werden in einem Teil 2 mit den aktuellen Regelungen der Norm verglichen. Des Weiteren wird im Teil 2 der Vorschlag zur Berücksichtigung einer exzentrischen Lasteinleitung durch Implementierung eines Exzentrizitätsbeiwerts &OHgr; im Beulnachweis mit der Methode der reduzierten Spannungen vorgestellt.

Consideration of an eccentric load introduction in the buckling check acc. to the reduced stress method in EN 1993-1-5:2019 - part 1: experimental studies
During incremental launching, the cross-section of a bridge is stressed by biaxial stresses due to the load introduction from the launching bearing on the last pier and the bending moment occurring there. In addition, unavoidable eccentricities from the load introduction occur, which could result in an additional out-of-plane bending at the web. While manufacturing-related tolerances in form of imperfection coefficients or geometric equivalent imperfections are already taken into account in the current regulations for the buckling verification acc. to DIN EN 1993-1-5:2019, they do not include eccentricities of the load introduction from the launching bearings. In practice, therefore additional verifications are often required which are not regulated by standards and consequently cause significant additional work for the design and execution. In order to solve this problem, large-scale buckling tests and numerical calculations were carried out as part of the buckling investigation for the Thulba viaduct and the research project on the buckling verification of longitudinally stiffened plates under multiaxial loading. Based on these, a proposal for the consideration of an eccentric load introduction in the buckling verification was developed by the main author. The present part 1 of this publication describes the experimental and numerical investigations on the effect of an eccentric load introduction considering different types of launching bearings. The results are then compared with the current regulations of the standard in a part 2. Furthermore, in part 2 a proposal for the consideration of an eccentric load introduction by implementing an eccentricity coefficient in the buckling verification using the method of reduced stresses is presented.

This paper will provide an overview of the state of the art of the use of fibre reinforced concrete in tunnelling. The major applications for fibres are for the reinforcement of sprayed concrete and pre-cast concrete segmental linings, but fibre reinforcement is also increasingly used for other applications such as trackbed/trackslab and minor precast concrete elements such as cable ducts, drip shields, and drainage elements. As the technology has matured, a wide variety of fibre types, made from different materials, has emerged. Standards have been developed for the manufacture, testing and application of all these fibre types. Moreover, design guidelines and codes have been published and new design methods are still being developed. The International Tunnelling Association has published several guidance documents in this field. Last but not least, FRC has an important role to play in reducing the carbon footprint of tunnelling projects.

This paper will focus on the use of fibre reinforced concrete on the Crossrail project in the UK. Crossrail (now named The Elizabeth Line) is a new railway running from West to East under the centre of London. This railway runs for approximately 14 km underground and five of the new stations were constructed with permanent sprayed concrete linings. Fibre reinforced concrete played a prominent role in all of the tunnelling - both for the segmental linings and the sprayed concrete tunnel (SCL) linings. Having reviewed the context of the project and the state-of-the-art in tunnel design at the time of the design, this paper will describe the design approach for both the TBM and mined tunnels and their fibre reinforced linings. While the segmental lining design followed a conventional approach, the SCL tunnels adopted an innovative design with the first major application of permanent sprayed concrete in the UK and featured the first use of a spray applied waterproofing membrane (SAWM) on a major project in Europe. Performance during construction will be reviewed and conclusions will be drawn on what can be learnt from the mega project.

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Dieser Beitrag beschreibt die ausgeführten experimentellen und analytischen Untersuchungen über neuartige Stahl-Beton-Verbindungen für Verbundbrücken, so genannte “Haftverbindungen“. Ihre Festigkeit beruht auf der Reibung an mehreren in geeigneter Weise angeordneten Kontaktflächen. Diese Verbindungen haben den Vorteil, daß sie einen einfachen und schnellen Einbau von vorgefertigten Platten erlauben, wobei das Betonieren auf der Baustelle auf ein Minimum begrenzt wird. Die experimentellen Ergebnisse zeigen, daß diese Verbindungen einen großen Längsschubwiderstand und gegenüber der traditionellen Verbundart (Kopfbolzendübel) eine sehr hohe Steifigkeit haben. Ihre Duktilität dagegen ist deutlich geringer. Anhand der experimentellen Resultate wurde ein Rechnungsmodell für den Tragwiderstand dieser Verbindung entwickelt. Dieses Modell berücksichtigt sowohl die beobachtete behinderte Querverformung als auch das Materialverhalten der Kontaktflächen. Das Modell wurde für eine Parameterstudie verwendet, aus welcher gewisse Resultate dargestellt und diskutiert werden. Aus diesem wird eine vereinfachte Berechnungsmethode abgeleitet. Zusätzlich werden Entwurfsrichtlinien und einige Empfehlungen für die Ausführung vorgeschlagen. Das Verhalten von Stahl-Beton-Verbundträger mit Haftverbindung wird ebenfalls kurz besprochen.

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Der ebene Spannungszustand nimmt in der Analyse von Stahlbetonbauteilen eine zentrale Rolle ein. Das Last-Verformungs-Verhalten von Balken, Scheiben und dünnen Platten kann mithilfe des ebenen Spannungszustands ausreichend genau beschrieben werden. Im Folgenden wird eine Finite-Elemente-Analyse von Stahlbetonscheiben und Stahlbetonplatten auf Basis nichtlinearer Materialmodelle vorgestellt. Das den Berechnungen zugrunde gelegte mechanische Modell ist das gerissene Scheibenmodell, das einen ebenen Spannungszustand voraussetzt und frei drehbare Risse mit diskretem Rissabstand berücksichtigt. Für die Berechnung des Last-Verformungs-Verhaltens von Stahlbetonscheiben wird das gerissene Scheibenmodell um das linear elastische Werkstoffgesetz und das zweiachsige Druckmodell für Beton ergänzt. Die Analyse dünner Platten erfolgt mit einem Schichtenmodell. Die Voraussetzung eines ebenen Spannungszustands in jeder Schicht erlaubt die Betrachtung der Schichten als Stahlbetonscheiben. Die der Berechnung vorausgesetzten mechanischen Modelle und Werkstoffgesetze werden in Form eines “User Defined Materials” in das nichtlineare Finite-Elemente-Programm ANSYS Mechanical APDL implementiert. Folgend werden ausgewählte Scheiben- und Plattenversuche nachgerechnet.

Finite-element-analysis of reinforced concrete structural elements under plane stress - Membrane and thin plate calculations based on the cracked membrane model.
Plane stress fields play a central role in the analysis of reinforced concrete structural elements. The load-deformation behavior of beams, membranes and thin plates can be represented with sufficient accuracy by plane stress states. This paper presents a finite-element-analysis approach of reinforced concrete membranes and plates, which is based on the cracked membrane model. The cracked membrane model assumes a plane stress state and considers discrete crack patterns that spacing are rotationally unconstrained. In order to compute the load-deformation behavior of reinforced concrete membranes, the cracked membrane model is combined with a linear elastic material law and a biaxial compression model for the concrete. The analysis of thin reinforced concrete plates is based on a multi-layer model. Assuming that each of the layers is under plane stress, it is possible to model a thin plate as an assemblage of reinforced concrete membranes. The presented mechanical models are implemented in the nonlinear finite-element-analysis software, ANSYS Mechanical APDL, by developing specialized “user defined materials”. To validate the finite-element-implementation, analysis results are compared with experimental results from selected membrane and plate tests.

Die Berechnung des Last-Verformungs-Verhaltens von Stahlbetonplatten unter Berücksichtigung der materialbedingten Nichtlinearitäten ist aufwendig und komplex. Im Rahmen dieses Fachaufsatzes werden großmaßstäbliche Plattenversuche nachgerechnet, wobei die zugrunde gelegte Werkstoffbeziehung für Stahlbeton auf dem Gerissenen Scheibenmodell [2] in Kombination mit dem Schichtenmodell nach [4] basiert. Die Werkstoffbeziehung wurde als Usermat in ANSYS MECHANICAL APDL [5] implementiert. Neben dem Vergleich der berechneten und gemessenen Last-Verformungs-Verhalten der Plattenversuche sind auch die berechneten und gemessenen Verzerrungen, der Kraftfluss und das Rissbild an einem ausgewählten Plattenversuch gegenübergestellt. Um die Qualität der Nachrechnungen beurteilen zu können, wurden die Versuche zusätzlich mit zwei kommerziellen Finite-Elemente-Programmen SOFISTIK [14] und ABAQUS [15] nachgerechnet. Zudem wird der Einfluss der Idealisierung der Spannungs-Dehnungs-Beziehung für Betonstahl auf das Last-Verformungs-Verhalten der Platten an einem Beispiel diskutiert. Es wird gezeigt, dass insbesondere das berechnete Verformungsvermögen der Platten stark von der Idealisierung der Werkstoffbeziehungen abhängt.

Finite Element Analysis of Reinforced Concrete Slabs - Post-test calculations of plate tests using the cracked membrane model
The calculation of the load-deformation behaviour of reinforced concrete slabs, under consideration of the non-linear material behaviour, is an involved and complex process. In this paper post-test calculations of large-scale plate tests are carried out. The utilised constitutive law for reinforced concrete is based on the combination of the cracked membrane model [2] and the layer model according to [4]. The constitutive law was implemented as Usermat in ANSYS MECHANICAL APDL. Comparisons of the calculated and measured load-deformation curves of the plate tests are carried out. The calculated and measured load-deformation curves of the plate tests are compared. Further, for a selected plate test, comparisons are carried out for the calculated and experimentally determined strains, the flow of force and the crack pattern. To assess the quality of the post-test calculations, the test results were also verified with the two commercially available finite element programs SOFISTIK [14] and ABAQUS [15]. Furthermore, a selected plate test is used to discuss the influence of the idealisation of the reinforcement steel stress-strain relationship on the load-deformation behaviour of the plates. It is shown that the calculated deformation capacity of the slabs is strongly dependent on the chosen idealisation of the constitutive law.

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Es wird gezeigt, daß bei druckbeanspruchten Trägern aus Baustahl unter biegender Schwellast eine progressive Plastifizierung eintritt. Dies ist bei der Anwendung des Traglastverfahrens unbedingt zu beachten.

For the structural design using the bedding modulus method of the linings of tunnels to be driven by shield machines in granular soil, the surrounding ground is normally discretised with radially arranged extension springs, the stiffness of which is derived from the load-displacement behaviour of the surrounding ground (stiffness modulus Es). The precondition for this is that the properties of the mortar used to fill the annular gap at least correspond to those of the surrounding soil. If this is not the case - for example, if the grout is softer than a densely bedded non-cohesive soil - corresponding negative effects on the deformation of the tunnel lining are to be expected. This can even lead to damage to the segments in the form of spalling or leaks. In order to be able to quantify such effects and consider them in future structural calculations, the results of a parameter study using the finite-element method (FEM) for a tunnel in water-saturated granular soil are presented and a simply applied, modified bedding approach is proposed on this basis.
Bei der Bemessung von Tübbingschalen für im Schildvortrieb aufzufahrende Tunnel im Lockergestein mithilfe des Bettungsmodulverfahrens wird der umgebende Baugrund in einem ebenen Berechnungsausschnitt üblicherweise durch radial angeordnete Dehnfedern diskretisiert, deren Steifigkeit aus dem Last-Verformungs-Verhalten des Bodens (Steifemodul Es) abgeleitet wird. Voraussetzung hierfür ist, dass die Eigenschaften des im Zuge der Ringspaltverpressung eingesetzten Mörtelmaterials mindestens jenen des umgebenden Bodens entsprechen. Ist dies nicht der Fall - beispielsweise wenn das Verpressgut weicher als ein dicht gelagerter nicht bindiger Boden ist - sind entsprechende negative Auswirkungen auf die Verformungen des Tunnelausbaus und auf dessen Biegebeanspruchung zu erwarten. Letztlich können hierdurch sogar Tübbingschäden in Form von Abplatzungen und Leckagen begünstigt werden. Um entsprechende Einflüsse bei einer statischen Berechnung zukünftig quantifizieren und berücksichtigen zu können, werden Ergebnisse einer Parameterstudie nach der Methode der Finiten Elemente (FEM) für einen Tunnel in wassergesättigtem Lockergestein vorgestellt und auf deren Grundlage ein einfach handhabbarer, modifizierter Bettungsansatz vorgeschlagen.

Great importance is attached to 'pressure-volume records' for the execution, documentation and billing of rock grouting. In this context, special digital data management systems are now available which can provide data in a structured and consistent format that is also suitable for artificial intelligence (AI) approaches. Using datasets from a tunnel project in Scandinavia, this paper shows that artificial neural networks can be used to reliably predict the evolution of pressure-volume records or the volume of grout injected at the end in the interests of construction site efficiency. Taking into account the technical feasibility of using AI to support tunnel grouting, we then show which contractual modifications would be required in order to make effective use of corresponding developments.
Für Ausführung, Dokumentation und Abrechnung von Injektionsarbeiten im Festgestein haben die sogenannten Druck-Mengen-Schriebe eine große Bedeutung. Hierfür stehen mittlerweile spezielle digitale Datenmanagementsysteme zur Verfügung, welche die Daten derart strukturiert und konsistent bereitstellen können, dass diese auch für Ansätze von Künstlicher Intelligenz (KI) nutzbar werden. Der vorliegende Beitrag zeigt anhand von Datensätzen eines Tunnelprojekts in Skandinavien, dass mittels Künstlicher Neuronaler Netze eine unter baustellenpraktischen Gesichtspunkten zuverlässige Prognose des weiteren Verlaufs von Druck-Mengen-Schrieben bzw. des am Ende verpressten Injektionsgutvolumens möglich ist. Vor dem Hintergrund der grundsätzlich möglichen technischen Realisierbarkeit von KI im Zuge von Injektionsarbeiten beim Tunnelbau wird anschließend aufgezeigt, welche bauvertraglichen Anpassungen erforderlich wären, um entsprechende Entwicklungen auch tatsächlich nutzen zu können.

Nowadays, tunnels with single-shell segmental lining are often constructed pressure-tight using gaskets. The economic application limit of this construction type is about 50 metres head of water. If the water pressure exceeds this value, considerably more complex - and thus more expensive - two-shell construction with an additional drainage layer between the inner and the outer lining is required. To extend the field of application of mechanized tunnelling with single shell lining in mid-mountain formations, an innovative approach was developed based on the application of a drainage layer in the annular gap fill with a water permeability kF <10-4 m/s. The basic idea of the newly developed water-permeable material for annular gap grouting is the use of a foam generator without a disturbing body, which foams the cement suspension in a defined way with sufficient compressive strength. Complex interrelations of material, process engineering and construction had to be considered comprehensively. The overall suitability of the developed process has been demonstrated in an extensive experimental program including field tests. The present paper focuses on the development of the construction material.
Bislang werden Tübbingtunnel in einschaliger Bauweise zumeist druckdicht ausgeführt, wobei die Abdichtung mittels Dichtrahmenprofilen erfolgt. Die wirtschaftliche Anwendungsgrenze dieser Bauweise liegt bei einem Wasserdruck von etwa 5 bar. Bei höherem Wasserdruck kann eine wesentlich aufwändigere - und damit teurere - zweischalige Konstruktion mit einer zusätzlichen Dränageschicht zwischen Innen- und Außenschale erforderlich werden. Zur Erweiterung des Einsatzbereichs von maschinellen Tunnelvortrieben mit einschaligem Tübbingausbau im Festgestein wurde ein pumpfähiges Ringspaltmaterial entwickelt, das eine ausreichend hohe Durchlässigkeit besitzt (kF-Wert < 10-4 m/s), um als Dränage genutzt werden zu können. Kernidee der Entwicklung ist das definierte Aufschäumen von Zementsuspension mittels Schaumgenerator zum Erzielen einer offenporigen und wasserdurchlässigen Struktur mit ausreichender Festigkeit zur Gewährleistung der Bettung der Tübbinge. Hierbei waren die komplexen Zusammenhänge von Baustoff, Verfahrenstechnik und Konstruktion umfassend zu berücksichtigen. Die generelle Eignung wurde im Rahmen eines ausgedehnten Versuchsprogramms einschließlich Baustellenversuchen nachgewiesen. Der vorliegende Beitrag geht schwerpunktmäßig auf die Entwicklung des Baustoffs ein.