Herrn Univ.-Prof. em. Dr.-Ing. E.h. mult. Dr. h.c. Stefan Polónyi zum neunzigsten Geburtstag gewidmet
Stefan Polónyi war bei der Gründung unseres Büros eines unserer Vorbilder und wir fühlen uns bis heute durch ihn motiviert und inspiriert. Sein ganzheitlicher Denkansatz hat unser Selbstverständnis als Tragwerksplaner geprägt und somit auch die Entwicklung unseres Büros nachhaltig beeinflusst.
Vor diesem Hintergrund möchten wir am Beispiel einiger ausgesuchter Projekte die Entwicklung unserer Arbeit nachvollziehen. Damit verbunden möchten wir auch die Fortschritte in der digitalen Planung dokumentieren und aufzeigen, wie sich durch die fortschreitende Digitalisierung insbesondere die Zusammenarbeit von Architekten und Bauingenieuren in Richtung von Stefan Polónyis Denkweise verändert hat.

Concrete: material and design in practice
Stefan Polónyi was one of our role models when we founded our engineering office and we still feel motivated and inspired by him. His holistic approach has shaped our self-image as structural engineers and thus has a lasting influence on the development of our office.
Against this background, we would like to use some selected projects to reconstruct the development of our work. In connection with this, we would also like to document the progress in digital planning and show how the ongoing process of digitalization has changed the collaboration between architects and civil engineers in the direction of Stefan Polónyi's way of thinking.

Herrn Univ.-Prof. em. Dr.-Ing. E.h. mult. Dr. h.c. Stefan Polónyi zum neunzigsten Geburtstag gewidmet
Die Erforschung und Weiterentwicklung der Stahlbetonbauweise sind integrale Bestandteile der Arbeiten des Instituts für Leichtbau Entwerfen und Konstruieren der Universität Stuttgart. Der Artikel beschreibt wesentliche Entwicklungsschritte dieser Forschungen und gibt einen Ausblick auf die sonstigen Arbeiten des ILEK.

The Institute for Lightweight Structures and Conceptual Design (ILEK): Over 100 years of research in reinforced concrete construction
The research and further development of reinforced concrete construction is an integral part of the work of the Institute for Lightweight Structures and Conceptual Design at the University of Stuttgart. The ILEK was founded on 1.4.2001 as a result of the merger of two institutes which had set global standards in research and teaching in the field of solid construction and lightweight construction over many decades. The ILEK unites the approaches of its two predecessor institutions and consistently pursues lightweight construction research across materials and disciplines, in which concrete plays an important role. In the following article, the founding director and the new director of the ILEK jointly explain which research initially moved the institute, which topics are particularly important today - and where the focus of future work will be.

Persönliches:
Univ.-Prof. em. Dr.-Ing. E.h. mult. Dr. h.c. Stefan Polónyi zum neunzigsten Geburtstag
Ein Gespräch mit Stefan Polónyi

Nachrichten:
Auslobung des 17. Ingenieurbaupreises wird auf Frühjahr 2021 verschoben
Let's get CUBE: digitale Grundsteinlegung
Aktualisierte “Streitlösungsordnung für das Bauwesen SL Bau” tritt am 1. Juli 2020 in Kraft

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Zum Titelbild:
Architektur und Nachhaltigkeit gehen Hand in Hand. Architekten und Ingenieure suchen immer wieder nach neuen Lösungen, um ihren Anspruch an eine nachhaltige Architektur kosteneffizient und ästhetisch zu verwirklichen. Weltweit wird zu diesem Zweck nun schon seit über 35 Jahren eine hochwertige transparente Folienlösung, das Texlon® ETFE System von Vector Foiltec, verwendet. Das mehrfach zertifizierte Foliensystem leistet durch seine Langlebigkeit und sein erstaunlich leichtes Gewicht einen signifikanten Beitrag zur Nachhaltigkeit in Gebäuden. Es ermöglicht gänzlich neue Möglichkeiten der Gestaltung bei gleichzeitiger Reduktion der grauen Energie. In einer Vergleichsstudie zwischen Glas- und ETFE- Folienlösungen werden diese Vorteile durch eine Lebenszyklusanalyse verdeutlicht. (Foto: Vector Foiltec)

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Mit DIN EN 17117-1 liegt seit etwa einem Jahr erstmals eine europäische Norm zur Durchführung und Auswertung von biaxialen Zugversuchen an beschichteten Textilien vor, wie sie im Membranbau Anwendung finden. Der vorliegende Beitrag bietet eine Vorstellung, Analyse und Bewertung der neuen Regelungen. Besondere Neuerungen gegenüber der bisherigen Versuchspraxis wie Regelungen zur Probekörpergeometrie, zum Lastprotokoll und der Belastungsgeschwindigkeit werden erläutert und bewertet. Der Beitrag zeigt den Unterschied zwischen elastischen Bemessungs- und Vergleichskonstanten und zeigt beispielhaft deren Anwendung und Interpretation.

Biaxial load bearing behaviour of woven fabric membranes under multiple loads
With DIN EN 17117-1, a European standard for the performance and evaluation of biaxial tensile tests on coated textiles, as used in membrane construction, has been available for about a year now. This article offers a presentation, analysis and valuation of the new regulations. Particular innovations compared to the previous test practice, such as regulations on test specimen geometry, load protocol and loading speed are explained and evaluated. The article shows the difference between elastic design constants and elastic comparison constants and gives examples of their application and interpretation.

Der vorliegende Artikel gibt einen Überblick über einige laufende und abgeschlossene Forschungsprojekte auf dem Gebiet des Membranbaus an der Hochschule für Technik (HFT) Stuttgart. Eine zentrale Herausforderung im Membranbau ist die Beeinflussung des radiativen Wärmeeintrags bzw. des Wärmeverlustes durch die Gebäudehülle zur energieeffizienten Gewährleistung einer komfortablen Raumtemperierung für die Nutzer ohne nennenswerte Beeinträchtigung der Tageslichtqualität. An der HFT wurde diese Fragestellung mit unterschiedlichen Ansätzen im Rahmen mehrerer Forschungsprojekte messtechnisch und numerisch behandelt. Im Projekt SoFt wurde die Vereinbarkeit von Dämmwirkung und Lichtdurchlässigkeit untersucht und mit der Dachkonstruktion einer Sporthalle realisiert. Im Rahmen des Projekts FMESG wurde eine statische, winkelselektive Verschattungseinheit nach dem Vorbild eines Sheddachs entworfen, numerisch untersucht und bis zum Prototypenstadium entwickelt. Der Einfluss von Oberflächenbeschichtung niedriger Emissivität auf die Wärmeströme durch ETFE-Gebäudehüllenelemente wurde im Projekt Follow-e2 adressiert und mit den Mitteln der dynamischen Gebäudesimulation numerisch untersucht. Das Potenzial zur Reduzierung des Energiebedarfs von Gebäuden durch dynamische Verschattung mittels elektrochromer Elemente wurde im Projekt FLEX-G mit den Mitteln numerischer Gebäudesimulation und heuristischer Optimierungsverfahren untersucht.

Research activities with regard to membrane construction at HFT Stuttgart
In the presented article we give an overview to some of the recent and ongoing research projects at Hochschule für Technik Stuttgart (HFT) in the context of membrane buildings. One of the major challenges in the context of membrane building is the regulation of the radiative heat flux entering the building as well as thermal losses across the building envelope while still providing comfortable room temperature and daylight use for the inhabitants. The accomplishment of this task, investigated by means of measurements and numerical simulation was the scope of several research projects at HFT Stuttgart. Within the research project “SoFt” the compatibility of insulation and translucency was investigated and realized within the roof construction of a sports center in Germany. One of the objects of the research project “FMESG” was the realization and numerical simulation of an angle-selective static solution for partial shading, analogous to a miniature saw tooth roof configuration, up to the point of a working prototype. The project “Follow-e2” tackled the influence of low emissivity surface coatings on the energy balance of membrane constructions by means of numerical simulation. Within the project “FLEX-G” the potential for reduction of energy demand by dynamic shading with electrochromic elements was investigated by means of dynamic building simulation and heuristic optimization.

Der Entwurf von Membrantragwerken umfasst drei miteinander stark verknüpfte und zum Teil sehr interaktive Disziplinen: Formfindung, Strukturanalyse und Zuschnitt. Um diese verschiedenen Aufgaben und die jeweils dafür spezialisierten Analysetypen miteinander in Einklang zu bringen und somit eine tragfähige Membran zu entwerfen, bedarf es leistungsfähiger numerischer Simulationsumgebungen. Mit der CAD-integrierten Analyse wurde die Möglichkeit geschaffen, diese hochgradig nichtlinearen Analysen direkt in der CAD-Umgebung durchzuführen. Dadurch verbessert sich zum einen die geometrische Qualität des Analysemodells, das durch glatte NURBS-Kurven und Flächen beschrieben wird. Zum anderen lassen sich auch die Abhängigkeiten der einzelnen Berechnungsschritte ideal abbilden, da Pre- und Post-Processing in einer einheitlichen Umgebung stattfinden und mit demselben Modell beschrieben werden. Beispielsweise kann eine formgefundene Fläche direkt für weitere Analysen verwendet werden. Die Grundlage hierfür bildet die Isogeometrische B-Rep-Analyse (IBRA), die in diesem Beitrag kurz erläutert wird. Bei der isogeometrischen Methode werden NURBS sowohl für die Geometriebeschreibung als auch zur Definition der Ansatzfunktionen im Sinne der Finite-Elemente-Methode genutzt. Zudem kann ein parametrisches Modell mit geometrischen und mechanischen Eigenschaften erstellt werden, welches Formfindung, Strukturanalyse und Zuschnitt auf der Basis des gleichen numerischen Modells erlaubt. Somit können am Modell beinahe unendlich viele Konfigurationen mit geringstem Aufwand untersucht werden. Dieser Beitrag liefert einen Überblick über die aktuellen Methoden und Vorteile des CAD-integrierten Entwurfskreislaufs für Membrantragwerke und erläutert die zugrunde liegenden mechanischen Aspekte. Hierfür wird das frei verfügbare Plugin Kiwi!3D für Rhino und Grasshopper in der Anwendung auf die textilen Bauten des Tanzbrunnens in Köln gezeigt.

The CAD-integrated parametric design process of membrane structures
The design of membrane structures entails three strongly linked and often very interactive disciplines: formfinding, structural analysis and cutting pattern generation. Powerful numerical tools and environments are needed for the design of a viable membrane structure while consistently performing the necessary analyses. CAD-integrated analysis allows for the performance of these highly non-linear analyses within the CAD environment. This leads to an optimal geometry description for the analysis model, since it is modeled with smooth NURBS curves and surfaces. Furthermore, the links between analysis steps can be modeled ideally within the CAD framework that contains both pre- and postprocessing. A formfound geometry can e. g. directly be used for consecutive analyses. The basis for this is Isogeometric B-Rep Analysis (IBRA), which will be explained briefly in this paper. In the isogeometric method, NURBS are used for the basis functions of Finite Element Method as well as the geometry description. The parametrization of geometric and mechanical properties enables the fully integrated performance of formfinding, structural analysis and patterning based on a common numerical model. The consideration of nearly infinite configurations of one model is thus provided with a minimum of effort. This article presents an overview of current methods and advantages of the parametric CAD-integrated design cycle. The plugin Kiwi!3D for Rhino and Grasshopper is used for the demonstration and the mechanical basis of all design steps will be laid out. The textile roofs of the Cologne Tanzbrunnen serve as exemplary structures.

Folien des Fluorpolymers Ethylen/Tetrafluorethylen, kurz ETFE, weisen ein nichtlinear viskoelastisches Werkstoffverhalten auf. Zur Beschreibung dieses Verhaltens wird im vorliegenden Beitrag ein rheologisches Modell vorgestellt. Das zugrunde gelegte Burgers-Modell wurde zur Berücksichtigung des Niveaus der Beanspruchung und der Temperatur um neue Modellparameter erweitert. Der Vergleich der experimentell ermittelten und der prognostizierten Dehnungs-Zeitverläufe zeigt die Qualität des Modells für die Beschreibung von isothermen Dauerlastversuchen auf. Alle Parameter des Modells können aus isothermen Kurzzeit- und Dauerlastversuchen direkt an ETFE-Folien bestimmt werden, wodurch die Anwendbarkeit des Modells in der Praxis gegeben ist. Des Weiteren können durch das vorgestellte Modell unter Anwendung eines modifizierten Superpositionsprinzips auch lang andauernde, nicht konstante Beanspruchungsverläufe unter gleichbleibender Temperatur beschrieben werden. Die Modellierung von in isothermen Lastwiederholungsversuchen gemessenen Dehnungen gelingt sowohl qualitativ als auch für die praktische Anwendung ausreichend quantitativ. Die Fragestellung des Einflusses des anisothermen, natürlichen Klimas auf das zeitabhängige Werkstoffverhalten wurde in mehrjährigen Dauerlastversuchen untersucht. Die aus diesen Versuchen abgeleitete äquivalente Temperatur bietet einen Ansatzpunkt für die in der Bemessungsaufgabe zu berücksichtigenden Bauteiltemperaturen.

Ethylene tetrafluoroethylene films under continuous loads - a model for the characterisation of the retardation behaviour under consideration of stress level and temperature
Ethylene tetrafluoroethylene (ETFE) films exhibit a non-linear viscoelastic material behaviour. For the description of such behaviour, this article proposes a rheological model. The proposed model is based on Burgers' model which, for the purpose of this study, was enhanced by new model parameters in order to take into account the stress level and the temperature. Comparison of the experimental and the projected strain-time-curves proves the model's applicability for describing isothermal continuous load tests. All of the model's parameters can be determined directly on ETFE films via isothermal short-time tensile and continuous load testing, thus making the model practically applicable. Moreover, using a modified superposition principle, the proposed model serves to describe continuous, non-constant stress curves under constant temperatures. Modelling of strains determined in isothermal load repetition tests is successful qualitatively and, for practical use, sufficient in terms of quantity. The influence of non-isothermal natural climatic conditions on time-dependent material behaviour was investigated in multiannual continuous load tests. The equivalent temperature derived from these tests can be used as a basis for the determination of component temperatures in static analysis.

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Im Jahre 1969 brachte Apollo 11 die ersten Menschen auf den Mond. Anlässlich des 50-jährigen Jubiläums wurde eine Roadshow konzipiert, die durch mehrere Städte der Vereinigten Staaten von Amerika reisen sollte. Hierfür wurde ein großes mobiles Theaterzelt mit 1 600 Sitzplätzen entwickelt. Als fliegender Bau besteht dieses Zelt aus Einzelelementen, die auf schnellen Aufbau und leichten Transport optimiert sind. Eine bogengestützte Hauptmembrane, eine elastisch gelagerte Projektionskuppel und eine große ETFE-Fassade bilden die verschiedenen Hüllen und nehmen dem Projekt den Zeltcharakter. Anpassbare Fußelemente, verankert mit langen Erdnägeln, dienen als flexible Gründung für die verschiedenen Aufstellorte. Im Sommer 2019 stand das temporäre Theater für “Apollo 11 - the immersive live show” in Pasadena, Kalifornien.

Lunar Dome - tent for the Apollo 11 roadshow
In the year 1969 Apollo 11 brought the first humans to the moon. On the occasion of the 50th anniversary a brig roadshow was designed which should travel through several cities of the United States of America. A huge theatre tent with 1 600 seats was developed. As temporary building the tent consists of single elements which are optimized for a fast assembly and an easy transportation. An arch-supported main membrane, an elastically supported projection dome and a huge ETFE façade form the different envelopes and reduce the tent character of the project. Adaptable base elements, anchored with long pegs, are used as flexible foundation for the different locations. In summer 2019 the temporary theatre for “Apollo 11 - the immersive live show” was in Pasadena.

Wandelbare Leichtbaukonstruktionen mit Membranen erfreuen sich immer größerer Beliebtheit. Durch eine adaptive Gebäudehülle steigt die Funktionalität des Gebäudes und innerhalb von Minuten kann z. B. ein Sportstadion in eine Mehrzweckarena umgewandelt werden. Im Mai 2019 wurde das Al-Janoub-Stadion in Katar eröffnet. Mit seinem 10 800 m2 großen wandelbaren Membrandach ist es ein Meilenstein in der modernen Stadionarchitektur. Dabei wurde das innovative Konzept des wandelbaren Innendachs optimal in das Erscheinungsbild der Gesamtarchitektur integriert. Innerhalb von 30 Minuten ist das wandelbare Membrandach verfahrbar, sodass der gesamte Stadioninnenraum verschattet ist. Die Möglichkeit der Verschattung ist in einem Gebiet mit starker Sonneneinstrahlung essenziell. Ein wandelbares Membrandach hilft dabei, selbst unter extremen Bedingungen die Temperaturen zu reduzieren und den Nutzerkomfort zu gewährleisten.

Games in shade - the retractable roof for the Al Janoub Stadium in Qatar
Retractable lightweight structures using textile membranes are used more and more often. The functionality of a building is significantly increased by the implementation of an adaptive building envelope. A stadium for example can be transformed into a multifunctional arena within minutes. The Al Janoub Stadium in Qatar has been inaugurated in May 2019. With its 10 800 m2 large retractable membrane roof it forms a milestone of modern stadium architecture. The innovative concept of the retractable roof has been developed to perfectly fit to the overall architectural appearance. Within 30 min the retractable roof can be closed to provide full shade for the playing field and the stands. The possibility of providing shade is essential in areas with strong solar radiation to reduce the temperature and to provide a certain user comfort.

In Biogasanlagen werden organische Stoffe unter Anwendung von Gärprozessen natürlichen Ursprungs abgebaut. Dabei entsteht als wesentliches Gärprodukt das Biogas, das aus Methan, Kohlendioxid und Spurengasen besteht. Für die energetische Nutzung des Biogases ist ein Ausgleich der unterschiedlichen zeitlichen Verläufe von Gaserzeugung und Gasverwertung erforderlich. Zu diesem Zweck werden nahezu drucklose, volumetrische Gasspeicher aus technischen Membranen verwendet. Als Membranmaterial kommen technische Textilien auf Polyesterbasis sowie Folienwerkstoffe aus PE, PP oder EPDM zur Anwendung. Die heute vorherrschenden Bauarten sind aus Konzepten entwickelt worden, die auf empirischer Grundlage in der Landwirtschaft entwickelt wurden. Daraus sind funktionale und formale Unvollkommenheiten tradiert worden, die unter heutigen Anforderungen nicht mehr akzeptabel sind. Der Bericht zeigt exemplarisch konzeptbedingte Schwächen auf und liefert damit Hinweise auf den anstehenden Entwicklungsbedarf unter Anwendung aktueller Regelwerke und funktionaler Anforderungen.

Technical membranes in application on biogas-plants as light structure and for gas-storage
Biogas-plants are used for anaerobic digestion of organic material. The main product of the digestion-process is the biogas, which consists of methane, carbon dioxide and a few trace gases. It is necessary to compensate the different trends of gas-production and gas using to exploit the energy content of the biogas. For that technical membranes are used as gas-storage-tanks with variable content at almost normal pressure. The membranes may made of technical textiles of polyester or foils of PE, PP or EPDM. The main today types of gas-storage-tanks dated from concepts, which are developed in the agricultural sector in the 1980s. That causes traded functional and formal imperfection of the storage-systems, which is no longer acceptable under today's requirements. This report demonstrates exemplary the failings of the old concepts and points to upcoming needs of changes considering actual regulations and functional requirements.

Aktuelles:
Auslobung des 17. Ingenieurbaupreises wird auf Frühjahr 2021 verschoben
Die Stahlbau verbessert Impact-Faktor deutlich auf 0, 78
Baukulturbericht 2020/21 “Öffentliche Räume” vorgestellt
Auf Transparenz bauen - Institut Bauen und Umwelt wird 40
Ohne Architektur keine Baukultur, ohne Ingenieurwesen keine Zivilisation

Persönliches:
Bauingenieurin Lamia Messari-Becker in den Club of Rome berufen

Firmen und Verbände:
Klimaschutz und urbanes Bauen mit Stahl - ArcelorMittal zeigt Konzepte
SEH Engineering eröffnet neues Bürogebäude “Space Lab” in Hannover

Einen Besuch wert:
Bushof “Wolke” Aarau

IFBS news:
Der IFBS ist Mitglied bei der DGNB

ÖSTV news:
Ankündigung Österreichischer Stahlbaupreis 2021

SZS steel news:
Zukunftsgedanken: metal.suisse Präsidentin Diana Gutjahr zum Weg zurück in die Normalität nach der Corona-Krise

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Zum Titelbild:
Bagger-Anbaufräsen ermöglichen präzise und schonende Eingriffe in bestehende Bausubstanz. Anders als etwa beim Einsatz von Hydraulikhämmern sorgen sie für einen stetigen und damit erschütterungsarmen Materialabtrag. Dadurch wird die verbleibende Konstruktion von harten Schlägen und Beschädigungen verschont. Dies erweist sich auch bei der aktuellen Modernisierung einer Wehranlage an der Saale in Wettin (Sachsen-Anhalt). Auf einer neu zu erstellenden Bodenplatte sowie zehn Wehrpfeilern aus Beton werden neue Wehrklappen errichtet. Um eine ebene Fläche zur Gründung dieser Konstruktionen zu schaffen, musste ein keilförmiger Teil aus dem Schussboden unterhalb der Wehranlage entfernt werden. Das beauftragte Bauunternehmen verwendete hierfür erfolgreich eine Querschneidkopffräse des Typs KR 120 von KEMROC. (Foto: KEMROC)

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Bei der dynamischen Berechnung von Eisenbahnbrücken können die überfahrenden Züge durch verschiedene Ansätze modelliert werden. Sofern die Fahrzeuge als Mehrkörpersystem aus gefederten und gedämpften Einzelmassen abstrahiert werden, ist die Fahrzeug-Brücken-Interaktion zufolge der mit dem Tragwerk mitschwingenden Fahrzeugmassen im Modell berücksichtigt. Um diesen Effekt im Vergleich zu vereinfachten Zugmodellen aus überfahrenden Einzelkräften zu untersuchen, wurden zahlreiche wissenschaftliche Studien durchgeführt. Oftmals werden dabei die Triebfahrzeuge nicht mitgerechnet, um eine möglichst gleichmäßige Anregung des Tragwerks zu erzielen. In diesem Beitrag wird einerseits der Einfluss der Triebfahrzeuge auf die dynamische Tragwerksantwort von Einfeldträgerbrücken in Beton- und Stahlbauweise untersucht, andererseits wird die Frage behandelt, ob die Ergebnisse von Studien zur Fahrzeug-Brücken-Interaktion für Eisenbahnzüge ohne Triebfahrzeug auch auf die reale Situation von Zügen mit Triebfahrzeug anwendbar sind. Dazu werden dynamische Berechnungen an einem Parameterfeld fiktiver Einfeldträgerbrücken für den österreichischen Hochgeschwindigkeitszug “Railjet” durchgeführt.

Power cars and vehicle-bridge-interaction in the dynamic calculation of railway bridges
In the dynamic calculation of railway bridges, the passing trains can be modelled in various ways. If a multi-body-system consisting of sprung and damped masses is chosen as a vehicle model, the vehicle-bridge-interaction due to excited masses is taken into account in the calculation. Multiple scientific studies have been carried out in order to evaluate this effect in comparison to simpler vehicle models consisting of moving single loads. Many of these studies omit the power cars in order to achieve a consistent excitation of the bridge. In this article, the influence of the power cars on the dynamic response of simply supported concrete and steel bridges is analysed. Furthermore, it examines whether the scientific results of studies dealing with the vehicle-bridge-interaction for train models omitting the power car can also be applied to a realistic situation with trains including power cars. Therefore, dynamic calculations are carried out for a parametric field of simply supported bridges and the Austrian high speed train “Railjet”.

Diese Studie untersucht die ökologischen Nachhaltigkeitspotenziale von Eisenbahnober- und -unterbausanierungen mit Großbaumaschinen (Aushubmaschine (AHM), Schnellumbauzug (SUZ) und Gleisstopfmaschine), wozu ein ökobilanzieller Vergleich zu Sanierungen mit konventionellem Erdbau (Bagger, Planierraupe, Walze und Lkw) durchgeführt wird. Als Fallstudie wird ein Abschnitt des Projekts Lustenau-Lauterach der ÖBB herangezogen. Die Studie untersucht relevante Prozesse bis zur Fertigstellung der Sanierung, d. h. vom Rückbau bis zur Materialproduktion, dem Materialtransport bis hin zum Einbau der notwendigen Materialien. Dabei werden Unterschiede bzgl. Treibstoffverbrauch der Baumaschinen, Anteilen an der Maschinenproduktion (Verhältnis Baudauer zu Lebensdauer der Maschine), Materialrecycling, Materialtransport und Transportlogistik bzw. Schienenersatzverkehr in Abhängigkeit von notwendigen Streckensperren untersucht. Die Gegenüberstellung der Ökobilanzergebnisse zeigt für die Großbaumaschinenvariante Vorteile von bis zu 46 % an reduzierten Umweltbelastungen, obwohl die Großbaumaschinen aufgrund ihrer höheren Motorleistung einen höheren Bedarf an Treibstoff für die Herstellungsprozesse benötigen. Die Verlagerung der Materialtransporte auf die Schiene, die Vermeidung der Notwendigkeit einer Baustraße, die Möglichkeit der Materialaufbereitung in der AHM und eine Verkürzung der Streckensperre bewirken jedoch einen positiven ökologischen Effekt, welcher den Mehrverbrauch an Diesel für die Herstellungsprozesse kompensiert.

Environmental sustainability of railway superstructure and substructure refurbishments with heavy construction equipment
This study analyzes the environmental potentials of railway superstructure and substructure refurbishments with heavy construction equipment (excavating machine, track renewal train and track tamping machine), wherefore a comparative LCA to a refurbishment with conventional earthworks is carried out. The study object is a refurbishment section of a project of the ÖBB. Thereby, relevant processes until the completion of the refurbishment are examined. Differences regarding fuel consumption of the construction equipment, the shares on equipment production (ratio of construction duration to equipment lifetime), material recycling for unbound base courses, material transport, transport logistics and replacement bus services depending on necessary route closures are therefore examined in detail. The comparison of the LCA results shows advantages of up to 46 % for the heavy equipment variant, although these machines require higher fuel consumptions for construction processes due to higher engine power. However, rail-bound transports, avoiding the need of a site road, the possibility of material recycling in the excavating machine and the shortening of the route closure period cause positive environmental effects, which compensate the additional fuel consumption for the construction processes.

Die dynamischen Kennwerte und das Schwingungsantwortverhalten bei Zugüberfahrt werden an einem schiefwinkeligen einfeldrigen Stahlbetonplattentragwerk experimentell und numerisch untersucht. Bei der numerischen Untersuchung werden unterschiedliche Detaillierungsgrade der Brückenmodelle betrachtet und die Ergebnisse der berechneten Eigenfrequenzen und Schwingungsantworten bei Zugüberfahrt miteinander verglichen und diskutiert. Die experimentellen Untersuchungen beinhalten die Anwendung der krafterregten Schwingungsanregungsmethode zur Ermittlung der tatsächlichen Größe der dynamischen Kennwerte des Tragwerks und die Messung der Tragwerksreaktionen bei Zugüberfahrt. Mit den experimentell ermittelten dynamischen Kennwerten werden die numerischen Brückenmodelle kalibriert und eine Neuberechnung der Schwingungsantworten wird durchgeführt. Die Abweichungen der bei Zugüberfahrt am realitätsangepassten numerischen Modell ermittelten Tragwerksreaktionen werden mit den messtechnisch ermittelten Werten verglichen. Ziel des Vergleichs ist die Ermittlung und Darlegung von anzuwendenden Signalanalyse- bzw. Filtermethoden zur Erzielung einer bestmöglichen Übereinstimmung der Tragwerksreaktionen des Modells mit der Realität. Es werden Empfehlungen für die Wahl des Detaillierungsgrads der numerischen Brückenmodelle bei Zugüberfahrtssimulationen und für die Festlegung der maßgebenden Eigenfrequenzen bei der Durchführung von Schwingungsmessungen an realen Tragwerken gegeben.

Experimental and numerical investigation of an existing railway bridge during train crossing
In this paper the dynamic parameters and the vibration response during train crossing of an inclined single span concrete plate bridge is experimentally and numerically investigated. In the numerical analyses different levels of detail of the numerical model are considered and the gained results of calculated natural frequencies and vibration responses during train crossing are compared and discussed. Within the experimental investigation of the bridge structure the forced vibration excitation method is applied to determine the real dynamic parameters and in addition measurements of the train crossing are performed to determine the time history of vibration response. The gained measurement results of natural frequencies and damping coefficients are used to calibrate the theoretical numerical models to the real behaviour and numerical calculations are repeated. The discrepancy of the measured vibration response and the calculated response in the numerical models during train crossing is analysed and valuated. The goal of this comparison is to determine signal analyses methods that have to be applied to the measured raw data in order to get a good agreement. Recommendations of necessary levels of detail of numerical models in dependence to the type of bridge structure are specified. In addition, recommendations for choosing the relevant natural frequencies that have to be identified within dynamic measurements of real bridge structures are indicated.

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Kritische Resonanzerscheinungen an Eisenbahnbrücken verursacht durch Hochgeschwindigkeitszüge führen zu großen Verformungen, Beschleunigungen und Spannungen am Tragwerk und werden maßgeblich von den Eigenfrequenzen beeinflusst und nur durch die Dämpfung begrenzt. Gerade bei Rahmentragwerken mit kurzen Spannweiten ist durch ihre Einbindung in den Untergrund eine starke Boden-Bauwerksinteraktion zu erwarten, die zu einer hohen geometrischen Dämpfung durch Wellenausbreitung im Boden führt. In der vorliegenden Studie wird mittels numerischer Simulationen der Einfluss der Boden-Bauwerksinteraktion auf die Dynamik von rahmenartigen Eisenbahnbrücken anhand von Eigenfrequenzen, Eigenschwingungsformen und äquivalenten Dämpfungskoeffizienten bewertet. Grundlage sind einfache ebene Finite-Elemente(FE)-Modelle, bestehend aus Rahmenstruktur und umliegendem Boden. Aus der nach einem Kraftstoß in der Mitte des Riegels bzw. Stiels folgenden freien Schwingungsantwort wird die Grundfrequenz der Eigenschwingungen in vertikaler bzw. horizontaler Richtung ermittelt. Das Abklingverhalten dieser Antwort dient der Identifikation der effektiven Dämpfung. Um einen umfassenderen Einblick zur Dynamik dieser Tragwerke zu erhalten, werden in einer Parameterstudie die Geometrie des Rahmentragwerks und die Bodenparameter variiert.

Effect of soil-structure interaction on the dynamics of portal frame railway bridges
Critical resonance phenomena on railway bridges caused by high-speed trains lead to large deformations, accelerations and stresses on the structure, which are significantly influenced by the natural frequencies of the structure and only limited by damping. Particularly portal frame structures with short spans are expected to have a strong soil-structure interaction because they are integrated into the subsoil, which leads to a high geometric damping due to wave propagation in the ground. In the present study the influence of soil-structure interaction on the dynamics of frame-type railway bridges is assessed by numerical simulations, based on natural frequencies, natural vibration modes and equivalent damping coefficients. The basis are simple plane finite element (FE) models, which consist of the frame structure and the surrounding soil. From the free vibration response induced by a pulse load in the center of the beam or column, the fundamental frequency in vertical or horizontal direction is determined. The decay of this response is used to identify effective damping. To obtain a more comprehensive insight into the dynamics of these structures, the geometry of the frame model and the soil parameters are varied in a parameter study.