In honor of the jubilarian Prof. Dr.-Ing. Wolfgang Kurz
Steel-fibre reinforced concrete is a well-known material used for decades for industrial floorings, shotcrete, or other specific applications. Its use is now spreading in structural applications as a complement or a substitute for conventional bar-reinforced concrete since the normative framework is ready to provide design approaches for several concrete applications. Nevertheless, some adaptations are needed for implementing steel-fibre reinforced concrete in the design approach for steel-concrete composite structures whereby complementary aspects need to be considered. In this field, besides the increase of tensile properties and durability of the concrete member, a very important contribution may be given by the increase of the concrete ductility in compression. This property is conferred by the steel fibres which provide a confinement effect increasing the plastic damage that the concrete matrix can absorb. If this property is widely accepted, its benefits are limited for the design of conventional concrete sections. Conversely, for composite sections, the possibility to reach higher strains in compression means ensuring full exploitation of the strength capacity of structural steel. Besides reaching an optimisation of already in-use cross-sections, this new material combination enhances the use of higher structural steel strengths in composite structures.

Steigerung der Tragfähigkeit und Duktilität für Verbundkonstruktionen aus Stahl und Beton durch Anwendung von Stahlfaserbeton - eine neue Generation von Verbundtragwerken
Stahlfaserbeton ist ein bekanntes Baumaterial, welches seit Jahrzehnten für Industrieböden, Spritzbeton oder andere spezifische Anwendungen zum Einsatz kommt. Seine Verwendung verbreitet sich mehr und mehr als Ergänzung oder Ersatz für den konventionell stabbewehrten Beton. Das zukünftige europäische normative Regelwerk im Massivbau wird dem Tragwerksplaner Berechnungsmethoden bereitstellen, um die Grenzen in der Bemessung weiter auszudehnen und neue Anwendungen zu ermöglichen. Für den Einsatz im Bereich der Verbundtragwerke aus Stahl und Beton leistet der stahlfaser-bewehrte Beton einen wichtigen Beitrag zur Erhöhung der Zugfestigkeit und Dauerhaftigkeit. Darüber hinaus werden aber auch signifikante Auswirkungen bezogen auf die Duktilität des Betons im überdrückten Bereich im Vergleich zum Normalbeton festgestellt. Durch die Stahlfasern werden Umschnürungseffekte im Beton erzielt und das plastische Niveau in der Spannungs-Dehnungslinie des Werkstoffs einhergehend mit einer deutlichen Steigerung der Grenzdehnungen ausgedehnt. Dies unterstreicht einen wesentlichen Vorteil des Einsatzes von Stahlfaserbeton. Gemäß dem Entwurf der neuen Normengeneration prEN1992-1-1 wird es möglich sein, diese spezifischen Eigenschaften planmäßig in der Bemessung zu erfassen. Dadurch lassen sich neue Möglichkeiten für den Verbundbau ableiten, für den die Duktilität der Werkstoffe grundsätzlich, aber besonders für den Einsatz hochfester Baustähle, von großer Bedeutung ist.

Steifenlose Krafteinleitungen bei Biegeträgern sind häufig gewünschte Konstruktionsdetails im Hochbau, die aktuell im Eurocode nicht direkt angesprochen sind. Im Zuge dieser Arbeit wird ein an der TU Graz entwickeltes vereinfachtes Ingenieurmodell hinsichtlich der Eignung bei gleichzeitig hoher Querkraft- und Biegemomentenbeanspruchung überprüft. Dieses Interaktionstragverhalten (Fz & Vz & My) wird anhand numerischer Studien eingehend dargestellt, mit und ohne Beulgefährdung im Trägersteg. Abschließend wird erläutert, in welcher Form das Ingenieurmodell in den zukünftigen neuen Eurocode prEN 1993-1-1 einfließen wird und wie eine deutlich umfassendere Lösung in zukünftigen nationalen Anwendungsdokumenten aussehen könnte.

Transversal load introduction into unstiffened girder webs - interaction with shear force and bending moment and implementation in new Eurocode version
Transversal load introductions into unstiffened girder webs are often used economic solutions in building structures, not directly covered in the current Eurocode. Within this paper an engineering design model, developed at TU Graz, is evaluated for cases with additional high shear forces and bending moments acting at the girder. The resulting load carrying behaviour, in cases of interaction between Fz & Vz & My, is presented, based on comprehensive numerical studies, also for girders which are susceptible to web buckling. Finally, the modified design model is presented, which will be part of the new Eurocode version prEN 1993-1-1. In addition, a more general solution is shown, which could also be implemented in the Eurocode in form of a national Annex.

Aktuelles:
Erzeugerpreisindex Stahl (2015 = 100)
Durchschnittliche BDSV-Lagerverkaufspreise für Stahlschrottsorten in Deutschland
Einreichen für Jahrbuch Ingenieurbaukunst 2024
2023 Registration for the Dutch Open Students Steel Award

Persönliches:
Prof. Dr.-Ing. Wolfgang Kurz zum 60. Geburtstag
Elyas Ghafoori, Professor für Stahl-, Verbund- und Leichtbau, Leibniz Universität Hannover

Tagungen & Veranstaltungen:
Brückenbautage 2022 in Düsseldorf

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Zum Titelbild:
Für den Karlsruher SC ist eine hochmoderne Sportstätte, das neue Wildparkstadion, mit Platz für rd. 34.000 Zuschauer:innen entstanden. Die Architekten von agn und das Bauunternehmen ZECH Sports geben Einblicke in den Entstehungsprozess des neuen Wildparkstadions, s. Bericht S. 841 ff. Foto: agn Niederberghaus & Partner

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Für die Anwendung digitaler Methoden in der Ausführung bietet sich die Erfassung von Bauwerken oder Bauzuständen mithilfe von Laserscanning (LiDAR) an, um anschließend möglichst automatisiert Bauteile zu erkennen und für Baufortschrittskontrollen auszuwerten (Scan to BIM). Für die Bauteilerkennung eignen sich Methoden des Machine Learning, die für verschiedene Klassifikationsprobleme eingesetzt werden. Ein baupraktisches Klassifikationsproblem ist die semantische Segmentierung von Punktwolken, bei der einzelne Punkte bestimmten Bauteilklassen zugeordnet werden. Damit die Klassifikationsaufgaben mit ausreichender Genauigkeit gelöst werden, wird eine große Anzahl an Trainingsdaten benötigt. Im Beitrag werden synthetische Daten für das Training eines künstlich neuronalen Netzwerks (engl. Convolutional Neural Network CNN) hochparametrisiert und vollautomatisch bereitgestellt. Es wird eine Vorgehensweise für die Erstellung von Brückenmodellvariationen auf Grundlage der visuellen Programmierschnittstelle Dynamo in Autodesk Revit vorgeschlagen. Zu Beginn werden nationale Richtlinien für die Definition von Parametern evaluiert, um anschließend diese Parameter in adaptiven Vorlagen des parametrisierten Querschnitts des Überbaus zu verwenden. Der Unterbau wird analog in verschiedenen Vorlagen bereitgestellt. Diese werden entlang der Trassierung in verschiedenen Ausführungen platziert. Jedem Objekt werden Merkmale angehängt und beim Export im herstellerneutralen Datenformat IFC in eine Merkmalstruktur gruppiert. Mit dieser Vorgehensweise ergaben sich zahlreiche Variationen von Brückenmodellen, insbesondere auch Bauzwischenzustände, die für die semantische Segmentierung von Punktwolken und das Training eines CNN herangezogen werden können.

Parametrization in bridge construction for the application of artificial intelligence
For the application of digital methods in the execution phase, the acquisition of exisiting structures or the construction progress with the aid of LiDAR is a suitable method to subsequently detect components as automatically as possible and e. g., to evaluate them for construction progress monitoring. Machine learning methods are suitable for component detection and are used for various classification problems. One problem is the semantic segmentation of point clouds, in which the individual points are assigned to specific component classes. To solve the segmentation with sufficient accuracy and to make predictions on real data, a large amount of training data is needed. This process is also called “Scan to BIM”. In this paper, synthetic data for training a convolutionalneural network (CNN) is provided in a highly parameterized and fully automatic way. An approach for generating variations of bridge models based with the visual programming interface Dynamo in Autodesk Revit is proposed. At the beginning, guidelines for the definition of parameters are evaluated to subsequently use them in adaptive templates. Attributes are assigned to each component and grouped into a feature structure when exported to the IFC data format. This approach resulted in numerous variations of bridge models that can be used for semantic segmentation of point clouds and training of a CNN.

Die Erhaltung der Verkehrsinfrastruktur in Deutschland ist häufig durch ein reaktives Vorgehen geprägt. Im Rahmen von Experteninterviews mit Vertretern der Verkehrsträger Schiene, Straße und Wasserstraße wurde über das aktuelle Vorgehen in Bezug auf die Erhaltung der Verkehrsinfrastrukturbauwerke sowie Herausforderungen gesprochen. Dabei stand die Einbettung der Erhaltungsstrategie in ein Lebenszyklusmanagement im Fokus. Das Prozess-, Betriebs- und Deutungswissen der Experten half dabei, umfassende Informationen zusammenzutragen. Im Ergebnis konnte die Verknüpfung sowohl zwischen Forschung und Praxis als auch zwischen den einzelnen Verkehrsträgern intensiviert und die Grundlagen zur Einführung eines Lebenszyklusmanagements zusammengetragen werden.

Challenges for life cycle management for transport infrastructure structures
The maintenance of transport infrastructure in Germany is often characterised by a reactive approach. In the course of expert interviews with representatives of different transport modes, the current procedure, inhibitions and the introduction of life cycle management were discussed. The experts' process, operational and interpretive knowledge helped to gather comprehensive information on the questions posed. As a result, the link between research, practice and the individual transport modes could be intensified. The existing bases for the introduction of life cycle management were compiled.

Für die Zuverlässigkeit von Brücken ist die Instandhaltung essenziell. Ein wichtiger Bestandteil dieses Prozesses ist die Bauwerksinspektion, in der der Zustand der betrachteten Brücke bewertet wird. Diese Inspektionen folgen aktuell festgelegten Fristen. Aufgrund der begrenzten personellen und finanziellen Kapazitäten für die Instandsetzung von Brückenschäden stellt sich die Frage, welche dieser Schäden prioritär zu behandeln sind. Ein Lösungsansatz ist die Ausfalleffektanalyse (engl. Failure Mode and Effects Analysis, FMEA). Mit der Adaption der Methode soll eine, im Vergleich zu heute, objektivere Priorisierung der Schäden vorgenommen werden. Die Herausforderung besteht darin, die FMEA an die Inspektionsdaten von Brücken zu koppeln. Hierfür wurde eine hohe Zahl an Schadensdaten von Eisenbahnbrücken ausgewertet, die von der DB Netz AG bereitgestellt wurden. Die adaptierte Methode wird als Schadenspriorisierungsanalyse (SPA) bezeichnet, an die Schadenssystematik der DB Netz AG angepasst und schließlich an Schadensdaten von Spannbeton- und Stahlbrückenüberbauten validiert. Für die Bewertung wurden die drei Parameter Bedeutung, Wirksamkeit und Kosten definiert. Das Produkt der drei Parameter gibt Auskunft über die Kritikalität eines Brückenschadens. Trotz ihrer Bauformabhängigkeit ermöglicht die SPA eine objektivere Schadensbewertung. Somit kann sie bei der fundierten Instandhaltungsplanung von Brücken helfen und die Entscheidung der zu priorisierenden Schäden erleichtern.

Damage prioritization analysis for railroad bridges - prioritization of bridge damages at Deutsche Bahn acc. to the principle of FMEA
Maintenance is essential for the reliability of bridges. An important part of this process is the structural inspection, in which the condition of the bridge under consideration is evaluated. These inspections follow currently defined deadlines. Due to the limited personnel and financial capacities for the repair of bridge damage, the question arises as to which of these damages should be treated as a priority. One approach is the Failure Mode and Effects Analysis (FMEA). With an adapted method, a more objective prioritization of the damages is to be carried out compared to today. The challenge is to link the FMEA to the inspection data of bridges. For this purpose, a large number of damage data from railroad bridges provided by DB Netz AG was evaluated. The new method is called damage prioritization analysis (DPA), was adapted to the damage system of DB Netz AG and finally validated on damage data of prestressed concrete and steel bridge superstructures. For the evaluation, the three parameters significance, effectiveness and cost were defined. The product of the three parameters provides information on the criticality of a bridge damage. Despite its dependence on the type of construction, the DPA enables damage to be evaluated more objectively. Thus, it can help in the well-founded repair planning of bridges and simplify the decision on the damage to be prioritized.

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Für den Karlsruher SC ist eine neue, hochmoderne Sportstätte mit Platz für rd. 34.000 Zuschauer:innen entstanden. Die Architekten von agn und das Bauunternehmen ZECH Sports geben Einblicke in den Entstehungsprozess des neuen Wildparkstadions. Seine unverwechselbare Gestalt entsteht durch grundlegende Bauelemente wie die Y-Dachstützen und erzeugt ein architektonisches Markenzeichen in der Bundesliga für den neuen KSC-Fußballtempel. Die Realisierung bei laufendem Spielbetrieb stellte die Projektbeteiligten vor spannende Herausforderungen mit zahlreichen Zwischenbauzuständen während dem etappenweisen Umbau des Stadions. Durch den Vollumbau während der 2. Fußball-Bundesliga wurden von Beginn an spezifische Anforderungen an den Bauablauf und damit einhergehend die Wahl der Bauverfahren gestellt. Eine zentrale Voraussetzung war die Einhaltung einer Mindestkapazität von 15.000 Plätzen für Fußballbegeisterte zu jedem Zeitpunkt der Baumaßnahme.

The new Wildparkstadion Karlsruhe
A new state-of-the-art sports complex with space for around 34,000 spectators has been built for Karlsruher SC. The architects from agn and the construction company ZECH Sports provide insights into the creation process of the new Wildparkstadion. Its unmistakable shape is created by fundamental construction elements such as the Y-shaped roof supports and creates an architectural trademark in the Bundesliga for the new KSC soccer temple. The realization during ongoing match operations posed exciting challenges for those involved in the project, with numerous intermediate construction stages during the stadium's conversion in stages. Due to the full reconstruction during the 2nd German Soccer League, specific requirements were placed on the construction process from the very beginning and, consequently, on the choice of construction methods. A key requirement was to always maintain a minimum capacity of 15,000 seats for soccer enthusiasts during the construction project.

In der zeitgenössischen Architektur bieten textile Membranen vielfältige Anwendungsmöglichkeiten. Üblicherweise bestehen solche Membranen aus einem regulären Gewebe, das beidseitig mit einer Deckschicht versehen ist, um es vor Umwelteinflüssen zu schützen. Meist verliert die Membran dabei ihr textiles Aussehen und büßt hinsichtlich ihrer Haptik ein. Aber genau diese Sicht- und Fühlbarkeit der Textur kombiniert mit einem traditionellen, identitätsstiftenden Farbmuster war ein zentraler Entwurfsparameter für die 71.000 m2 große Untermembran im Al Bayt Stadion. Um dem entwurfsprägenden Leitgedanken gerecht zu werden, wurde eine neuartige Membran entwickelt, für die einzelne PVC-beschichtete Polyesterfäden in unterschiedlichen Farben verwoben werden. Durch die Verwendung eines Jacquard-Webstuhls ist es möglich, das Gewebe mit unterschiedlichen Mustern zu versehen. Die mechanischen Materialeigenschaften der Membran variieren dabei nicht nur in Kett- und Schussrichtung, sondern auch innerhalb einer Richtung mit dem entsprechenden eingewebten Muster.

The special woven membrane of Al Bayt stadium
In contemporary architecture, textile membranes offer a variety of applications. Typically, architecture membranes consist of regular fabric, covered with a protective layer on both sides to protect the base fabric from environmental influences. Most of the time the membrane loses its textile appearance and its feel. But especially this visual and textile characteristic, combined with a traditional color scheme, was one key aesthetic design parameter for the 71,000 m2 lower membrane of Al Bayt stadium. To do justice to the design concept, an innovative membrane has been developed, which consists of individual PVC-coated polyester threads, interwoven in different colors. By using a jacquard loom, different patterns can be created with the fabric. Thereby the mechanical material properties of the membrane not only vary in warp and weft direction but also within one direction with the corresponding woven pattern.

Das Stadion 974 in Doha ist ein modulares Bauwerk, das vollständig rückgebaut und wiederverwendet werden kann. Wie die Waren eines Lagers sind 974 reguläre Schiffscontainer in eine Stahlkonstruktion eingeschoben, die einem großen Hochregallager gleicht. Die Container beinhalten alle Funktionen einer modernen Arena - von Haustechnikzentrale über Sanitäreinrichtungen bis hin zu Aufenthaltsräumen, Logen und Kiosken. Auch die Stahlkonstruktion ist mit reversiblen Verbindungen, standardisierten Elementen und transportfähigen Bauteilen vollständig modular und wiederverwendbar konzipiert. Als mögliche Optionen zur Wiederverwendung wurden in der Planung neben der Nutzung des ganzen Stadions auch weitere Konfigurationen berücksichtigt. So können einzelne Teile der Konstruktion als freistehende Tribünen oder runde Arenen wiederverwendet werden. Ermöglicht wird dies durch die standardisierten Elemente und Verbindungen sowie die globale modulare Geometrie, bei der verschiedene Anordnungen bereits berücksichtigt wurden. Mit dem Stadion 974 im Bezirk Ras Abu Aboud der katarischen Hauptstadt Doha wird das Konzept eines vollständig demontierbaren, transportierfähigen und wiederverwendbaren Stadions nun erstmals realisiert.

Stadium 974: modular design for dismantling and reuse
Stadium 974 in Doha is a completely modular structure that can be easily dismantled and reused. Like the goods in a warehouse, 974 regular shipping containers are inserted into a steel structure that resembles a large high-bay warehouse. The containers include all the functions of a modern arena - from the building services center and sanitary facilities to lounges, boxes and kiosks. The steel structure is designed to be fully modular and reusable, with removable connections, standardized elements, and transportable components. In addition to the use of the entire stadium, smaller configurations are considered as possible options for its reuse. Individual parts of the structure can be used as free-standing stands or circular arenas thanks to the standardized elements and connections, as well as the global modular geometry, in which such possibilities have already been taken into account. With Stadium 974 in the Ras Abu Aboud district of the Qatari capital Doha, the concept of a completely demountable, transportable, and reusable stadium is now being realized for the first time.

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Persönliches:
Nachruf auf Hans Peter Tzschucke

Nachrichten:
Modellfabrik für Carbonbeton in Leipzig eröffnet

Wettbewerbe:
bauma Innovationspreis 2022

Veranstaltungen:
Call for papers - 12. Symposium Experimentelle Untersuchungen von Baukonstruktionen (SEUB)
40. Deutscher Stahlbautag in Berlin

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Zum Titelbild:
Industrieböden haben einen zentralen Einfluss auf die Lebenszykluskosten eines Gebäudes. Deshalb fällt weltweit bei Neubau und Sanierung immer öfter die Entscheidung für eine nachhaltige Betonveredelung. Die NORSA GmbH hat mit NORTEC® eine intelligente, zeitgemäße Betonoberflächenvergütung im Portfolio, die state of the art in Wissenschaft und Technik darstellt und wirtschaftlich höchste Ansprüche an moderne Industrieböden erfüllt. Mit NORTEC® vergütete Betonflächen überzeugen neben der Optik gerade in stark strapazierten Bereichen wie Verladung und Verkehrswegen für Stapler. Bei diesem EDEKA Logistikzentrum wurde der Betonboden frühzeitig in der Bauphase behandelt. Der Glanz entsteht durch die zunehmende Härte der Betonoberfläche bei mechanischer Belastung. (Foto: NORSA GmbH)

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Die Bestimmung der Biegetragfähigkeit von mit Betonstahl und Stahlfasern kombiniert bewehrten Querschnitten erfordert eine Erweiterung der für Stahl- und Spannbeton geltenden Annahmen. Zur Berücksichtigung der Fasertragwirkung im Biegeriss wird eine Spannungs-Dehnungs-Linie in der Regel aus gemessenen Spannungs-Rissöffnungs- oder Last-Durchbiegungs-Kurven abgeleitet. Bei der Umrechnung dient eine sogenannte strukturelle charakteristische Länge als Bezugsgröße. Im Rahmen dieses Beitrags werden bei der Ermittlung dieser Länge Einflüsse aus der Querschnittshöhe und weitere, die Rissbildung beeinflussende Parameter berücksichtigt. Als “Spannungs-Dehnungs-Linie” wird ein Spannungsblock mit einer Grenzdehnung vorgeschlagen, die sich am Erreichen einer “kritischen” Rissbreite orientiert. Die “kritische” Rissbreite kennzeichnet bei rein stahlfaserbewehrten Querschnitten das Maximum der Fasertragwirkung im Biegeriss und bei kombiniert bewehrten Querschnitten den Beginn der Verformungslokalisierung. Die Verformungslokalisierung tritt bei kombiniert bewehrten Querschnitten als weiterer möglicher Versagensmodus zu den bekannten Versagensformen Biegezugversagen und Biegedruckversagen hinzu. Durch den vorgeschlagenen Bemessungsansatz werden die Biegetragfähigkeit, der Momenten-Krümmungs-Zusammenhang und der Versagensmodus ausgewählter Versuche sehr gut abgebildet. Eine Parameterstudie zeigt grundlegende Zusammenhänge auf, die auch in Experimenten beobachtet werden konnten.

Flexural design of UHPC girders with mixed reinforcement
Determining the flexural strength of cross-sections reinforced with a combination of reinforcing bars and steel fibres requires enhancing the assumptions applicable to reinforced and prestressed concrete. To account for the load-bearing capacity of the fibres in the flexural crack, generally, a stress-strain curve is derived from measured stress-crack opening or load-deflection curves. A so-called structural characteristic length serves as reference value for conversion. Within the scope of this paper, influences from the cross-section height and other parameters influencing crack formation are taken into account when determining the structural characteristic length. A stress block with a limit strain, which refers to reaching a “critical” crack width, is proposed as “stress-strain curve”. The “critical” crack width marks the maximum of the load-bearing capacity of the fibres in the flexural crack in case of cross-sections exclusively reinforced with steel fibres and the beginning of strain localisation in case of cross-sections with mixed reinforcement. With mixed reinforced cross-sections, strain localisation is a further possible failure mode in addition to the well-known failure modes flexural tensile failure and flexural compression failure. The bending capacity, the moment-curvature relationship and the failure mode of selected tests are represented very well by the proposed design approach. A parameter study shows basic relationships that could also be observed in experiments.