Die Bemessung von Windenergieanlagen und anderen vorwiegend nicht ruhend belasteten Stahlkonstruktionen wird maßgeblich durch die Ermüdungsfestigkeit kritischer Kerbdetails, insbesondere von Schweißnähten, bestimmt. Durch gezielte Anwendung geeigneter Schweißnahtnachbehandlungsverfahren kann die Ermüdungsfestigkeit und damit die Lebensdauer dieser Kerbdetails deutlich erhöht werden. Am Institut für Bauwerkserhaltung und Tragwerk der Technischen Universität Carolo-Wilhelmina Braunschweig werden derzeit die Verfahren shot peening und ultrasonic peening näher untersucht. Beide Nachbehandlungsmethoden scheinen durch die Kombination von geometrischen und mechanischen Effekten deutliche Erhöhungen der Ermüdungsfestigkeiten geschweißter Verbindungsdetails zu bewirken. Erste Ergebnisse aus Zugschwellversuchen bestätigen dies für geschweißte Ringflanschsegmente. Das ultrasonic peening wurde darüber hinaus auf die Möglichkeit der Ertüchtigung bestehender Bauteile untersucht. Erste Ergebnisse zeigen, daß bei Anwendung des Verfahrens an bis zum Ende der rechnerischen Lebensdauer vorgeschädigten Proben eine Anhebung der Restermüdungsfestigkeit auf das Niveau von unmittelbar nach der Fertigung behandelten Bauteilen möglich ist.

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Zum einen bietet das “neu” entwickelte Hohlprofil aufgrund der hohen Knotensteifigkeit vorteilhafte Trageigenschaften von Knoten mit dreieckigen Gurtquerschnitten, zum anderen eröffnet dieses Profil interessante ästhetische Aspekte auch unter ökonomischen Gesichtspunkten. Aufgrund des vielversprechenden Erfolgs des Forschungsvorhabens ist eine Vertiefung und Erweiterung der Ergebnisse für die allgemeine Anwendung von Hohlprofilknotenkonstruktionen mit THS-Querschnitten im Rahmen eines anschließenden Forschungsprojekts vorgesehen.

T-joints with chord members made of triangular hollow sections.
On one hand the newly developed hollow section provides advantageous bearing-properties of joints with triangular shaped chord sections due to high joint-rigidity, on the other hand it offers interesting aspects in an aesthetic as well as in an economic point of view. Because of the promising success of this research project a more detailed insight and an enhancement of the results for the general application of constructions made of hollow sections with triangular hollow sections is intended within the scope of a subsequent research project.

Frau Univ.-Prof. Dr.-Ing. Ulrike Kuhlmann zur Vollendung ihres 60. Lebensjahres gewidmet
If structural regularity is not given acc. to EC8-1, a modal approach including modal superposition is required instead of the lateral force method. The number of modes to be included is - according to a ‘deemed to be satisfied rule’ - depending on the total amount of the modal masses, or the individual percentage of modal mass. A clear definition for ‘modal mass’ is not given within EC8-1. In the technical literature similar, but different quantities are denoted with similar terms. In the present study, a simple two storey sway frame example is investigated. From the results conclusions are drawn, which can help the designer to avoid the inclusion of higher modes as well as torque modes.

Modale Überlagerung nach EC8.
Nach EC8-1 ist modale Überlagerung anzuwenden, wenn die Kriterien für Regelmäßigkeit nicht eingehalten sind. Die Ersatzkraftmethode darf dann nicht mehr angewendet werden. Nach einer “gilt als erfüllt Regel” hängt die Anzahl der zu berücksichtigenden Moden von der Summe der modalen Masse und von der individuellen modalen Masse einer Mode ab. Dabei ist “modale Masse” innerhalb des EC8-1 nicht klar definiert. In der Fachliteratur werden ähnliche, aber unterschiedliche Größen mit ähnlichen Begriffen bezeichnet. Im vorliegenden Artikel wird ein einfacher, zweigeschossiger, unausgesteifter Rahmen untersucht. Die Ergebnisse erlauben Schlussfolgerungen, die dem Tragwerksplaner dabei helfen können, höhere Moden sowie Torsionsmoden außer Acht zu lassen.

Bei hochbeanspruchten Stahlkonstruktionen wie Windenergieanlagen oder Brücken ist der Einsatz höchstfester Baustähle interessant, allerdings wird bei diesen Bauwerken meist der Ermüdungsnachweis maßgebend. Die in den zu verwendenden Regelwerken angegebenen Kerbfälle sind unabhängig von der Werkstofffestigkeit, sodass der Einsatz hoch- oder höchstfester Stähle bei einer Dominanz des Betriebsfestigkeitsnachweises keine Vorteile bei diesen Konstruktionen bietet. Durch den Einsatz einer Schweißnahtnachbehandlung mit höherfrequenten Hämmerverfahren (HFH) kann die Ermüdungsfestigkeit geschweißter Verbindungen jedoch entscheidend erhöht werden. Dabei zeigen alle bisherigen Untersuchungen eine zunehmende Effektivität der HFH-Verfahren mit steigender Werkstofffestigkeit. Die neue DASt-Richtlinie 026 regelt die Ermüdungsbemessung von Kerbdetails aus den Stahlsorten S235-S700 für die Anwendung von HFH-Verfahren. Die Erweiterung auf höchstfeste Stähle bis S960 steht noch aus. Ebenso ist der Umgang mit geometrischen Imperfektionen außerhalb der Grenzwerte der Schweißnahtbewertungsgruppe B gemäß ISO 5817 bislang nicht geregelt. Im laufenden AiF-FOSTA-Forschungsprojekt 21410 BG (P 1505) sollen die Grundlagen für eine Erweiterung der DASt-Richtlinie 026 auf höchstfeste Stähle bis S960 gelegt und der Einfluss von erhöhten Fertigungsimperfektionen auf die Ermüdungsfestigkeit HFH-behandelter Schweißnähte gezielt untersucht werden. Im Folgenden wird das Vorhaben vorgestellt und erste Projektergebnisse gezeigt.

HFMI-treatment of ultrahigh-strength steels - extension of the DASt-guideline 026
In the case of highly loaded steel structures such as wind towers or bridges, the use of newer ultra-high-strength structural steels is interesting, but the fatigue verification is usually decisive for these structures. Standards and guidelines specify detail categories for fatigue assessment that are independent of material strength, so there is no benefit regarding the use of high-strength steels in fatigue loaded structures. By using post-weld treatment by high-frequency mechanical impact treatment (HFMI), the fatigue strength of welded joints can be increased to a great extent. Previous investigations show an increasing effectiveness of HFMI-treatment with increasing material strength. The new DASt-guideline 026 gives rules for the fatigue assessment of constructional details made of steel grades reaching from S235 to S700 after the application of HFMI-treatment. An extension for steels up to a steel grade of S960 is pending and geometric imperfections exceeding weld quality level B of ISO 5817 are not covered yet. The objective of the current AiF-FOSTA project 21410 BG (P 1505) is to develop the basis for an extension of the DASt-guideline 026 for high strength steels up to a steel grade of S960 and to investigate the influence of increased imperfections on the fatigue strength of HFMI-treated welds. Therefore, experimental investigations are carried out on constructional details with and without imperfections. Moreover, the influence of various imperfections is analysed numerically. In the following, the project is presented and first project results are shown.

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Die ultraschallangeregte Infrarotthermografie stellt ein innovatives Verfahren zur Erkennung von rissartigen Fehlstellen in metallischen Bauteilen dar. Zu Schwingungen angeregte Rissufer reiben und schlagen gegeneinander. Die lokal dissipierte Energie erwärmt den Riss und macht ihn thermografisch sichtbar. Obwohl die Methode seit einigen Jahren Forschungsgegenstand im Bereich der Zerstörungsfreien Prüfung ist, wurde sie noch nicht im Bauwesen verwendet. Dieser Beitrag stellt das Prinzip des Prüfverfahrens vor und zeigt anhand ausgewählter Forschungsergebnisse die Besonderheiten und Probleme auf, die bei der Bauteilprüfung zu beachten sind. Neben den Einflüssen der Anregungsfrequenz und des Vorspannzustandes wird untersucht, inwieweit eine wiederholte Ultraschallanregung schädigend wirkt. Da die Zusammenhänge der involvierten dissipativen Effekte, welche die Risserkennung erst ermöglichen, noch nicht im Detail geklärt sind, wird ein vereinfachter Ansatz für die numerische Simulation des Prüfverfahrens vorgestellt, mit dem bisher gute Ergebnisse erzielt wurden.

Ultrasound excited thermography applied to constructional steelwork  -  An emerging crack detection methodology.
Ultrasound excited thermography is an innovative method for the detection of crack-like flaws in metal components. When crack faces rub and clap against each other due to vibrational excitation the dissipated energy leads to a local heating of the crack. This way the defect can be detected by means of an infrared camera. Despite of being a research topic in the field of nondestructive testing for several years, the technique has not been transferred to civil engineering, yet. This article presents the NDT method and discusses the essential characteristics and problems which are of concern when testing steel members. The influences of the excitation frequency and the prestressing conditions on the crack detectability as well as possible damaging effects due to repeated insonification are investigated. Since the physical effects involved in the energy dissipation at the crack region are not understood in detail, a simplified numerical simulation approach is presented that leads to good agreement of experimental and numerical results.

Auf dem Gebiet des Metallleichtbaus ist im Laufe der letzten Jahre eine Vielzahl von neuen innovativen Profiltypen entwickelt worden. Zudem wurde der Anwendungsbereich bestehender Profiltypen erweitert. Dies ist auf eine wachsende Nachfrage nach architektonisch ansprechenden und gleichzeitig nachhaltigen Produkten zurückzuführen. Für diese neuen speziellen Profiltypen und Anwendungsbereiche existieren nur vereinzelt und zum Teil in ihrer Anwendung sehr eingeschränkte Bemessungskonzepte. Im Rahmen eines aktuell an der Versuchsanstalt für Stahl, Holz und Steine, Karlsruher Institut für Technologie (KIT), in Kooperation mit den Projektpartnern Syndicat National du Profilage des Produits plats en Acier (SNPPA), Bacacier Profilage SAS, Société Bretonne de Profilage SAS (Joris Ide), Ingenieurbüro für Leichtbau (IFL) und Sokol Palisson Consultants SARL, durchgeführten europäischen Forschungsprojekts werden auf Basis experimenteller und numerischer Untersuchungen die Grundlagen für die Erweiterung der bestehenden spezifischen technischen Regelwerke geschaffen. Ziel ist die Erarbeitung von Richtlinien und Empfehlungen sowie Bemessungskonzepten für spezielle dünnwandige kaltgeformte Stahlprofile. Dieser Beitrag gibt einen Überblick über das Forschungsprojekt und die zu untersuchenden Profile.

Investigations on the integration of special profiled steel sheets in the Eurocodes.
In the field of lightweight metal structures, a wide range of new innovative profile types has been developed over the past years. In addition, the application field of profile types has been enlarged. This can be attributed to the growing request for architecturally appealing and simultaneously sustainable products. For these special new profile types and application fields there are only occasionally and partly very limited design concepts in their application. Within the scope of a current European research project at the Research Center for Steel, Timber and Masonry, Karlsruhe Institute of Technology (KIT), performed in cooperation with the project partners Syndicat National du Profilage des Produits Plats en Acier (SNPPA), Bacacier Profilage SAS, Société Bretonne de Profilage SAS (Joris Ide), Ingenieurbüro für Leichtbau (IFL) and Sokol Palisson Consultants SARL, the fundamentals for the enlargement of existing specific technical regulations are created on the basis of experimental and numerical investigations. The objective is the elaboration of regulations and recommendations as well as design concepts for special thin-walled cold-formed steel profiles. This article gives an overview of the research project and the profiles to be examined.

Im Metallleichtbau wurden in den letzten Jahren dünnwandige Stahlprofiltafeln entwickelt, für die in den aktuellen Regelwerken keine Berechnungsverfahren existieren oder die Anwendungsgrenzen der bestehenden Verfahren überschritten werden. Im Rahmen des europäischen RFCS-Forschungsvorhabens GRISPE wurden umfangreiche experimentelle Untersuchungen an Verbunddeckenprofilen mit diskreter Sickung der Stege, perforierten Trapezprofilen, Fassadenprofilen mit Steckverbindungen, bombierten Profilen, Wellprofilen, Trapezprofilstößen und Kassettenprofilen mit direkt befestigter Außenschale durchgeführt. Es wurden ausgehend von bestehenden Regelwerken und Verfahren praxistaugliche Berechnungsverfahren abgeleitet. Der vorliegende Beitrag stellt auszugsweise die Ergebnisse für Kassettenprofile mit direkt befestigter Außenschale für Befestigungsmittelabstände, die normativ nicht oder nur unzureichend abgedeckt sind, sowie für statisch wirksame Überdeckungen, Trapezprofil-Überlappungsstöße und lokal verstärkte Trapezprofile dar.

New calculation methods for thin-walled steel profiled sheets - Results from the European Research Project GRISPE.
In recent years, thin-walled profiled steel sheets where developed in lightweight metal construction for which no calculation methods are available in current regulations, or application boundaries of existing methods are exceeded. Within the scope of the European RFCS Research Project GRISPE, extensive experimental investigations have been performed on composite floor profiles with discrete embossments in the webs, perforated trapezoidal profiles, façade profiles, curved profiles, corrugated profiles, trapezoidal joints and liner trays with directly fixed outer façade. Practicable calculation methods have been derived based on existing regulations and methods. This paper depicts in extracts the results for liner trays with directly fixed outer façade for fastener distances that are normatively not or insufficiently covered as well as for statically effective superimpositions, trapezoidal profile overlapping joints and locally stiffened trapezoidal profiles.

Mit der Umstellung auf die Bemessung von Metalltragwerken nach dem Eurocode wird auch deren Herstellung in der EN 1090 geregelt. Im Vergleich zur DIN 18800 Teil 7 entsteht dem Hersteller ein erhöhter Aufwand an zerstörungsfreien Prüfungen (ZfP). Da im Rahmen der DIN 18800 nur in verhältnismäßig geringem Umfang zerstörungsfreie Prüfungen gefordert werden, bestehen jetzt Unsicherheiten bezüglich der Anforderungen der EN 1090 sowie bei der Auswahl geeigneter Prüfmethoden.
Die Anforderungen der EN 1090 werden nachfolgend ausführlich erläutert.

EN 1090 - non-destructive testing taking into account the technological capabilities and process limits.
With conversion to the design of metal structures according to the Eurocode also their production is regulated according to EN 1090. Compared to DIN 18800 part 7, the producer is confronted with an increased expenditure of non-destructive tests (NDT). Since non-destructive tests are only required to a very limited extent within the scope of DIN 18800, uncertainties now exist with regard to the requirements of EN 1090 as well as to the selection of suitable testing methods. The requirements of EN 1090 are discussed in detail as follows.

The effectiveness of high frequency mechanical impact treatment for increasing the fatigue strength of welded structures has been investigated in several research projects over recent years. Based on extensive fatigue test data, design recommendations have been developed by different institutions. Most recommendations provide fatigue strength improvement factors that consider beneficial effects due to the application of post weld treatment methods. Current design recommendations use fatigue test data derived from small-scale specimens, but only very few studies have focused on welded joints with a plate thickness > 15 mm. This paper reviews existing design recommendations and provides a database for welded joints with a plate thickness exceeding those already covered. Butt-welded joints, longitudinal attachments and transverse attachments are covered in particular. Based on the data evaluated, improvement factors are given for a stress ratio of R = 0.1 for axial loading.

Fachwerkkonstruktionen aus direkt verschweißten Hohlprofilen unter vorwiegend ruhender Beanspruchung werden in vielen Bereichen des Stahlhochbaus und der Infrastruktur, wie bei Fußgängerbrücken, sowie im Anlagen- oder Mobilkranbau eingesetzt. Die Verwendung hochfester Stähle ermöglicht bei hohen Tragfähigkeitsanforderungen und großen Spannweiten eine materialsparende Bauweise. Zur Ausnutzung dieses Potenzials sind Bemessungsregeln erforderlich, die die spezifischen Eigenschaften dieser Stähle zutreffend erfassen. Die derzeit gültigen Bemessungsregeln für Hohlprofilanschlüsse wurden anhand von Versuchen mit normalfesten Stählen auf semiempirische Weise hergeleitet. Im Rahmen dieser Versuche zeigte sich, dass durch Plastizieren lokale Spannungsspitzen abgebaut und sekundäre Biegemomente umgelagert werden. Im Unterschied zu normalfesten Stählen weisen hochfeste Stähle ein geringeres plastisches Umlagerungsvermögen auf. Dem wird in den Bemessungsregeln derzeit durch pauschale, abgeschätzte Abminderungsfaktoren Rechnung getragen, die für hochfeste Hohlprofile bislang nicht ausreichend experimentell validiert wurden. Durch die Projekte zu den “Hochfesten Hohlprofilknoten” im FOSTA Forschungsverbund HOCHFEST sollen differenzierte und abgesicherte Bemessungsregeln hergeleitet werden, die einen wirtschaftlichen und ressourcenschonenden Einsatz hochfester Stähle in Hohlprofilkonstruktionen ermöglichen.

Static load capacity of welded, high-strength hollow section joints - presentation of the FOSTA research association HOCHFEST: projects “High-strength hollow section joints”
Truss structures made of directly welded hollow sections under predominantly static loading are used in many areas of structural steel engineering and infrastructure, such as pedestrian bridges, as well as in plant- or mobile crane constructions. The use of high-strength steels can lead to economical lightweight structures with high load-bearing capacities and wide spans. In order to use this potential of hollow section joints, normative rules are required that enable economic design. The current design rules were validated semi-empirically by tests on joints of normal strength steels. These tests on normal-strength hollow section joints showed that through plasticising local stress peaks are compensated and secondary bending moments are redistributed. Compared to normal strength steels, high-strength steels have a reduced plastic redistribution capacity. This behaviour is considered in the design rules by reduction factors, which are conservatively defined because of lack of test results and have not yet been sufficiently experimentally validated for high-strength hollow sections. The projects on “High-strength hollow sections joints” in the FOSTA research association HOCHFEST are intended to derive differentiated and validated design rules that meet the safety requirements and enable the economical and resource-saving use of high-strength steels in hollow section structures.

Der Begriff Nachhaltigkeit stößt in Deutschland seit etwa zehn Jahren auf großes Interesse und auch für Brückenbauwerke werden insbesondere in Deutschland derzeit verschiedene Bewertungsansätze für die Lebenszyklusanalyse entwickelt. Gleichzeitig gewinnt der Begriff Resilienz vor allem international immer mehr an Bedeutung. Resilienz beschreibt dabei direkte und indirekte, soziale Auswirkungen beim Auftreten von Extremereignissen (Erdbeben, Hochwasser, Starkwind, Unfälle etc.) im Lebenszyklus von Infrastrukturbauwerken. Sowohl das Konzept der nachhaltigen Entwicklung als auch das der Resilienz werden bisher von verschiedenen Forschungsdisziplinen weiterentwickelt, und oftmals schenken sich die Disziplinen keine gegenseitige Beachtung. Bei der Analyse beider Konzepte zeigt sich allerdings, dass viele Gemeinsamkeiten vorhanden sind, wie die Integration von sozialen und ökonomischen Aspekten, die Ausrichtung auf den gesamten Lebenszyklus sowie die Entscheidungsunterstützung im Rahmen der Planungsphase von Brückenbauwerken. Der vorliegende Beitrag führt in die beiden Bewertungskonzepte der Resilienz und der nachhaltigen Entwicklung ein, zeigt den aktuellen Stand der Forschung auf und stellt Gemeinsamkeiten sowie Unterschiede dar. Anhand einer Beispielrechnung wird abschließend verdeutlicht, wie eine integrative Bewertung gelingen kann und welche Kriterien dabei Anwendung finden sollten.

Sustainability and resilience - Future criteria for the integral assessment of bridges.
The term sustainability is very topical for 10 years in Germany and also for bridges several German assessment approaches are developed for the life-cycle analysis of bridges. Simultaneously the term resilience gains in importance, especially internationally. Resilience covers direct and indirect social impacts in the case of the occurrence of an extreme event (earthquakes, flooding, storms etc.) during the life-cycle of infrastructures. Until now, both concepts have been developed by different research disciplines and often the disciplines do not recognize each other. The analysis of both concepts shows many common issues, e. g. integration of social and economic aspects, inclusion of the complete life-cycle and decision support during the design stage of bridges. The paper introduces both concepts resilience and sustainable development, shows the state of the art and presents common grounds and differences. By means of a numerical example the basis of an integral assessment is illustrated and the criteria to be applied are emphasized.

Durch die Verwendung hochfester Feinkornbaustähle können bei geeigneten Randbedingungen erhebliche finanzielle Vorteile und umweltschonende Effekte erzielt werden. Derzeit stehen Feinkornbaustähle mit Streckgrenzen bis etwa 1300 MPa zur Verfügung, die im Stahlbau mit den bewährten Vorgehen bei Bemessung und Verarbeitung, beim Betrieb und Rückbau sowie beim Recycling wirtschaftlich eingesetzt werden können. Sie eröffnen neue Möglichkeiten zur Herstellung hoch beanspruchbarer Strukturen mit relativ geringem Gewicht. Tragwerke aus Stahl mit Streckgrenzen bis 700 MPa können auf der Grundlage des Eurocode 3 (EN 1993-1 und EN 1090) definierten Stand der Technik genutzt werden. Im vorliegenden Beitrag werden neben typischen Anwendungsbeispielen Hinweise zur Anwendung der hochfesten Feinkornbaustähle und Nachhaltigkeitsaspekte aufgezeigt.

The application of fine-grained structural steels in civil engineering.
Substantially financial benefits and environmentally friendly effects can be achieved when using high-strength fine-grained structural steels in an appropriate constructive design. In steel construction, fine-grained structural steels with yield strength up to 1300 MPa are presently available, that can be used with the traditional methods of steel construction for assessment, processing, operation, deconstruction and disposal. They open up new possibilities to manufacture extremely stress-resistant structures with a comparatively low weight. Steel structures with yield strength up to 700 MPa can be used on the basis of the current state of the art as described in the national technical approvals of Eurocode 3 (EN 1993-1 and EN 1090) through building control authorities. In addition to some typical examples of application, considerations for the application of extremely stress-resistant fine-grained structural steels and aspects of sustainability will be shown.

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Für den Fall eines vorgekrümmten Stabes, der durch eine mit der Geschwindigkeit v* in axialer Richtung auf den Stab auftreffenden Masse m beansprucht wird, wird unter der Voraussetzung eines masselosen Stabes mittels einer energetischen Betrachtung eine einfache Näherungslösung zur Abschätzung der maximalen Spannungen im Stab angegeben. Wegen der Vernachlässigung der Stabmasse ist die Qualität dieser Näherungslösung allerdings stark abhängig von der Dauer des Stoßes. Zur Abschätzung der Qualität des Näherungsverfahrens wird ein genaueres Berechnungsverfahren (d. h. mit Berücksichtigung der Stabmasse) angegeben und für zwei extreme Beispiele ein Vergleich der Nähreungslösung mit der genaueren Berechnung durchgeführt.

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