Die Konstruktion eines Doppelmantel-Stahlbehälters bewirkt spezifische Gefahren für seine lokale Stabilität und Tragfähigkeit. Diese Probleme sind Gegenstand des vorliegenden Beitrags, in dem auf drei Aspekte eingegangen wird: Gefährdung der Stabilität des Innenmantels bei Wasserdruckproben des Tanks, Verformung des Bodenblechs im Mantelzwischenraum durch Aufwärmung des Lagergutes und unterschiedliche Setzung des Baugrundes infolge unterschiedlicher Belastung von Innentank und Mantelzwischenraum.

In diesem Beitrag wird beschrieben, wie durch gründliche Bauwerksuntersuchung, Materialprüfung und Belastungsversuche Tragreserven in einem 95 Jahre alten Gebäude aufgedeckt und damit durch zu konservativ-normorientierte Betrachtung veranlaßte behördliche Nutzungsbeschränkungen aufgehoben werden konnten.

Im Tagesgeschäft der Tragwerksplanung sind praxisnahe Bemessungshilfen eine wichtige Unterstützung. Die Bemessung primär vertikal beanspruchter Mauerwerkswände im üblichen Hochbau kann mittels sogenannter Tragfähigkeitstafeln erfolgen. Dabei wird ausschließlich in Abhängigkeit der geometrischen Gegebenheiten ein Tafelwert abgelesen, welcher - multipliziert mit der Mauerwerksdruckfestigkeit - die Normalkrafttragfähigkeit der Wand ergibt. Durch die Gegenüberstellung von einwirkender und aufnehmbarer Normalkraft können der Standsicherheitsnachweis im Kaltfall und die Bemessung für den Brandfall in einfacher und dennoch wirtschaftlicher Form erbracht werden. Die auf den überarbeiteten vereinfachten Berechnungsmethoden nach DIN EN 1996-3/NA:2019-12 [1], [2] und DIN EN 1996-1-2/NA:2013-06 [3], [4] basierenden Tragfähigkeitstafeln werden im Rahmen des vorliegenden Beitrags vorgestellt. Dabei wird der gegenüber der vorherigen Ausgabe von Teil 3 des Eurocode 6 erweiterte Anwendungsbereich ebenso berücksichtigt wie auch die normativen Änderungen zur Bauweise mit teilaufliegender Decke.

In den letzten 30 Jahren ist eine Vielzahl von Großtafelbauten nach dem System "CAMUS" errichtet worden. Die Fassaden sind als Sandwichelemente ausgebildet, deren Vorsatz- und Tragschalen durch geschosshohe Ankerleisten aus Betonstahl miteinander verbunden sind. Es bestand der Verdacht, daß deren Tragfähigkeitinfolge von Einbauungenauigkeiten und Korrosion vermindert sei. Es wurde ein zerstörungsfreies Untersuchungsverfahren entwickelt, mit dem Ergebnis, das eine Gefährdung der Standsicherheit nicht gegeben ist.

Bei der Modernisierung bzw. Instandsetzung baulicher Anlagen stellt sich häufig die Frage nach der tatsächlichen Tragfähigkeit der bestehenden Bauteile und dem damit im Zusammen-hang stehenden Umfang erforderlicher Verstärkungs- und Sanierungsmaßnahmen. Für eine sinnvolle und wirtschaftliche Planung kann daher die Qualität und die Realitätsnähe der Bestimmung von Tragfähigkeit und Gebrauchstauglichkeit eine große Bedeutung erlangen. Der Einsatz herkömmlicher, einfacher Ingenieurmodelle stößt dabei mit zunehmender Komplexität der Struktur sehr schnell an Grenzen und kann zu unwirtschaftlichen Ergebnissen führen. Der vorliegende Beitrag zeigt am Beispiel der Natursteinmauerwerkstützen des Berliner Olympiastadions einen Weg, die Tragfähigkeit einer bestehenden Mauerwerkstruktur durch die Kombination von gezielter Zustandsaufnahme sowie Materialprüfung mit modernen, vorwiegend zerstörungsfreien Prüfmethoden und dem Einsatz eines darauf abgestimmten, leistungsfähigen und wirklichkeitsnahen Berechnungsmodells zuverlässig bestimmen zu können. Dabei zeigt sich, daß die realitätsnahe rechnerische Bewertung der Versagenslast und der zugehörigen Versagensmechanismen die Einbeziehung des nichtlinearen Spannungs- Verformungs-verhaltens des Mauerwerks erforderlich macht. Das nichtlineare Materialverhalten wurde mit einem in das Finite-Element-Programm ANSYS® implementierten elastoplastischen 3D-Materialmodell für Mauerwerk erfaßt. Damit wurde es möglich, den Spannungs- und Verformungszustand der Mauerwerkstruktur sehr realitätsnah abzubilden und die Standsicherheit sowie die Gebrauchstauglichkeit der Stützenstruktur unter Einbeziehung der Lastgeschichte plausibel nachzuweisen.

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Es wird die Tragkonstruktion für die Rauchgaskanäle einer Rauchgasentschwefelungsanlage, mit der ein bestehendes Kraftwerk ausgerüstet wurde, beschrieben. Die Fragen der Gestaltung beeinflußten erheblich die Wahl der einzelnen Tragwerkssysteme. Es wird auf die Belastunsgannahmen, die untersuchten Lastfälle, die konstruktiven Lösungen für die Stahlkonstruktion und die Montage eingegangen.

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Nichtlineare Rechenmethoden erlauben eine wirklichkeitsnahe Beschreibung des materiell bedingt komplexen Last-Verformungsverhaltens von Stahlbetonstrukturen und ermöglichen eine gegenüber bewährten Näherungsmethoden genauere Bemessung in den Grenzzuständen der Gebrauchstauglichkeit und der Tragfähigkeit. Gerade die geometrisch und materiell nichtlineare Bemessung von schlanken Druckgliedern im Grenzzustand der Tragfähigkeit wird aufgrund der bekannten Inkonsistenzen im Bemessungskonzept allerdings immer noch kontrovers diskutiert, weshalb trotz der in EN 1992-1-1 explizit eingeräumten Möglichkeit zur Verwendung nichtlinearer Verfahren weiterhin Forschungsbedarf besteht. Der Beitrag vergleicht einen a priori durchgeführten Ringversuch numerischer Simulationen zur Vorhersage der Traglast einer schlanken Einzelstütze mit einer a posteriori durchgeführten Versuchsreihe. Die Ergebnisse zeigen, dass die numerischen Berechnungen die Traglast zum Teil deutlich überschätzen, allerdings das anerkannte und normativ verankerte Näherungsverfahren mit Nennkrümmungen in diesem Fall zu konservative Ergebnisse liefert. Zukünftig wird es erforderlich sein, allgemein gültige und in sich konsistente Nachweisformate für nichtlineare Berechnungen weiterzuentwickeln sowie den Anwendern der mittlerweile allgemein verfügbaren Softwarepakete “best practice”-Richtlinien zur sicheren Anwendung zur Verfügung zu stellen.

Load capacity of slender compression members. Part 1: Component tests and round robin test of the nonlinear numerical prediction of system behavior
Non-linear calculation methods allow a realistic description of the physically caused complex load-deformation behavior of reinforced concrete structures and suggest in comparison of proven approximate methods a more accurate design in both ultimate and serviceability limit states. Especially the geometrically and materially nonlinear analysis of slender compression members in the ultimate limit state is, however, still controversial because of the known inconsistencies in the design concept, which is why, despite the in EN 1992-1-1 explicitly granted ability to use non-linear methods, further research is needed. The following paper compares an a priori carried out round robin test of numerical simulations to predict the load capacity of a slender single column with an a posteriori conducted test series. The results show that the numerical calculations overestimate the load capacity in some cases significantly but, however, the widely accepted and normatively governed nominal curvature method yields in these cases to too conservative results. It will be necessary to develop universal and consistent safety formats for non-linear analysis and provide “best practice” guidelines to ensure the safe use of the now widely available software packages.

Mit der BMW-Welt entsteht derzeit am Mittleren Ring in München das zukünftige Erlebnis- und Auslieferungszentrum der BMW-Gruppe in unmittelbarer Nähe zum Olympiastadion, zum BMW-Hochhaus und zum BMW-Museum. Das Projekt des Wiener Architekturbüros Coop Himmelb(l)au bietet in vielfacher Hinsicht außerordentlich komplexe und interessante Aufgaben für die Tragwerksplanung. Im Aufsatz werden die verschiedenen Stufen des tragwerksplanerischen Prozesses von der Phase der Formfindung bis zur Realisierung der Haupttragsysteme des Bauwerks erläutert.

m Hoch- und Industriebau werden oft Fachwerk- bzw. Verbandsstäbe mit Hohlprofilquerschnitten ausgeführt, die an beiden Stabenden eingeschlitzte Knotenbleche aufweisen. Diese schließen mittels einer einfachen Baustellenschweiß- bzw. Schraubverbindung an ebene - nicht weiter ausgesteifte - Bleche der weiterführenden Konstruktion an. Dabei wird in der Praxis mitunter ein quasi-zentrischer Anschluss ausgeführt, indem das eingeschlitzte Knotenblech zur Stabachse eine Exzentrizität im Ausmaß der halben Knotenblechdicke aufweist, so dass die Stabexzentrizität minimiert wird.
Nachfolgend wird das Tragverhalten und die Traglast derartiger Verbandsstäbe unter Zug- und Drucknormalkräften anhand numerischer Traglastberechnungen analysiert und mit einfachen Berechnungsmodellen der Ingenieurpraxis, auf Basis des Eurocodes - mit und ohne Erfassung der Exzentrizitäten, verglichen.
Die geometrischen Parameter und Randbedingungen werden derart variiert, dass übliche praktische Fälle abgedeckt sind. Trotz der beschränkten Anzahl an untersuchten Einzelstabausführungen ist durch gezielte Variation der Haupteinflussgrößen eine allgemeine Beurteilung des Tragverhaltens möglich. Darauf aufbauend wird ein verbessertes Ingenieurmodell vorgestellt, das eine zutreffende Bemessung erlaubt.

Load bearing capacity of bracing members with almost centric joints
In building constructions for bracing members often hollow sections are used with slotted gusset plates at the ends. These plates are attached to unstiffened plates of the adjacent construction. In practice sometimes a nearly centred joint is designed, by arranging the slotted gusset plate with an eccentricity of half the plate thickness to the member axis, so that the member eccentricity is minimised.
In the paper the load carrying behaviour of such members under compression and tension is discussed based on numerical analyses with nonlinear FE models including imperfections. The results are also compared with simplified engineering models, based on the Eurocode.
The geometric parameters and boundary conditions are varied in such a way that practical cases are covered and that the typical load carrying behaviour can be seen. Based on these results an improved engineering model for the design is represented.

Es wird ein FE-Verfahren zur nichtlinearen Traglastberechnung zusammengesetzter ebener dünnwandiger Strukturen mit elasto-plastischem Materialverhalten beschrieben. Nach eine kurzen Darstellung der Theorie, der Algorithmen und des verwendeten Elementes folgt die Anwendung auf einen hohen Blechträger unter Einzellast, für den zum Vergleich auch ein Versuch vorlag. Abschließend werden aus ingenieurmäßiger Anschauung gewonnene einfache Formeln zur Ermittlung der Traglast solcher Träger angegeben und kritische Anmerkungen zu den betrachteten Verfahren gemacht.

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Das räumliche Stabilitätsversagen eines unterspannten Trägers wird in der Praxis meist auf ein ebenes Ersatzsystem reduziert. In der vorliegenden Untersuchung wird hingegen die Systemtraglast geometrisch nichtlinear nach Theorie II. Ordnung am räumlichen Gesamtsystem berechnet. Die Ergebnisse beider Verfahren werden verglichen. Ferner wird anhand beispielhafter Parameterstudien die Empfindlichkeit derartiger Systeme hinsichtlich einer Veränderung der für die Systemtraglast wesentlichen Einflußgrößen untersucht.

Es wird ein einfaches Näherungsverfahren zur Ermittlung der Traglasten in den Feldern starr gestützter Durchlaufträger und anderer unverschieblicher Systeme nach der Fließgelenktheorie II. Ordnung vorgestellt. Die Genauigkeit des Verfahrens ist durch manuelle Vergleichsrechnungen nach der Deformationsmethode II. Ordnung und iterativ über computergestützte Stabwerksprogramme kontrolliert.

Verpreßpfähle werden seit vielen Jahren als kostengünstiges Gründungselement eingesetzt. Sie erreichen dabei zum Teil extreme Schlankheiten und sind daher knickgefährdet. Schadensfälle aus der jüngsten Vergangenheit lassen den Schluß zu, daß die zulässigen Pfahllasten überschätzt werden. In den Regelwerken werden keine detaillierten Angaben zur Berechnung realistischer Traglasten gegeben. Es wird ein Verfahren vorgestellt, das eine Abschätzung der Traglast mit den wesentlichen Eingangsparametern undränierte Kohäsion, Pfahlimperfektion sowie mit Berücksichtigung der elastoplastischen Eigenschaften von Pfahlwerkstoff und Boden mit verhältnismäßig geringem Aufwand erlaubt.

Bei der Berechnung von ebenen und räumlichen Stahlrahmen ist besonderes Augenmerk auf die erforderlichen Stabilitätsuntersuchungen (Biegedrillknicksicherheitsnachweis) zu richten. Zur Berücksichtigung der dabei auftretenden Einflüsse aus Torsion und Verwölbung bei einer Berechnung nach der Fließgelenktheorie wird ein einfaches Verfahren vorgestellt, um alle auftretenden Schnittgrößen in die Interaktion im Querschnitt einzubeziehen. Anhand von Beispielen wird die gute Übereinstimmung zu umfangreicheren Berechnungsverfahren nach der Fließzonentheorie gezeigt.

Da bei realistischer Belastung von Trägern mit U-Profilen neben der Biegebeanspruchung immer auch eine planmäßige Torsionsbeanspruchung auftritt, ließen sich Traglasten für U-Profil-Träger bisher nur mit Hilfe von EDV-Programmen bestimmen. Um die Anwendung des Traglastverfahrens auch für diese Träger in der Baupraxis zu ermöglichen, wurden in umfangreichen EDV-Berechnungen diese Werte bestimmt und für die praktische Anwendung aufbereitet. Unter Einbeziehung der geometrischen und werkstofflichen Nichtlinearitäten wurden Traglasten für die in der Praxis relevante Palette der U-Profil-Träger ermittelt, wobei eine in der Stegmittelfläche angreifende, konstante Streckenlast, Eigenspannungen, Vorverformungen und der Einfluß einer über die Trägerlänge konstanten Drehbettung berücksichtigt wurden. Hieraus wurden Traglasttabellen und überschlägige Bemessungsformeln entwickelt. Zur Überprüfung der zugrunde gelegten Theorie wurden Traglastversuche an gabelgelagerten Einfeldträgern, die in Feldmitte durch eine Einzellast belastet waren, durchgeführt.

Traglasten für Träger aus U-Profilen mit Normalkraftbelastung können bisher nur mit EDV-Programmen berechnet werden, da bei realistischer Belastung immer eine planmäßige Torsionsbeanspruchung zusätzlich zur Biegebeanspruchung auftritt. In Fortführung eines früheren Forschungsvorhabens wurden unter Berücksichtigung der geometrischen und werkstofflichen Nichtlinearitäten Traglasten für Einfeld-, Zweifeld- und Mehrfeldträger aus U-Profilen bestimmt, wobei als Belastungen eine in der Stegmittelfläche angreifende, konstante Streckenlast sowie eine konstante, im Schwerpunkt des U-Profils angreifende Druckkraft untersucht wurden. Weiterhin wurden Imperfektionen in Form von Eigenspannungen und Vorverformungen und der Einfluß einer über die Trägerlänge konstanten Drehbettung angesetzt. Aus den berechneten Traglastwerten wurden Traglasttabellen und ein EDV-Programm entwickelt.

Es werden Traglasten unversteifter Trägerstegbleche unter Einzellasten mit Hilfe der nichtlinearen Methode der finiten Elemente berechnet. Dabei wird der Einfluß verschiedener Parameter wie zusätzliche Randmomente, Fließspannung, Stegblechhöhe und -dicke, Gurtdicke und Imperfektionsamplitude untersucht. Die Traglasten werden mit Versuchsergebnissen und den Lastwerten verglichen, die sich aus gängigen Traglastformeln ergeben.

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Ein Berechnungsverfahren für die Ermittlung der Traglast von torsionsbeanspruchten dünnwandigen Stäben wird vorgestellt. Die mit diesem Verfahren ermittelten Torsionstraglasten liegen erheblich über entsprechenden elastischen Grenzlasten. Der Grundgedanke des Verfahrens besteht darin, Laststeigerungsfaktoren für die St. Venantsche- und Wölbkrafttorsion zu ermitteln und diese zu addieren, wobei die gegenseitige Beeinflussung der beiden Torsionsmechanismen durch eine Interaktionsbeziehung berücksichtigt wird. Versagensmechanismen für verschiedene Lagerungs- und Belastungsfälle und die Ermittlung der zugehörigen Laststeigerungsfaktoren werden erläutert, eine Interaktionsbeziehung für I-Profile wird angegeben. Die Berechnung nach diesem Verfahren ist im allgemeinen einfacher als die aufwendige elastische Wölbkrafttorsionsrechnung. Die Anwendung des Verfahrens wird an zwei Rechenbeispielen demonstriert.

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Im Zusammenhang mit der Planung von Instandhaltungsmaßnahmen an Bauwerken der Bundeswasserstraßen stellt das BAWMerkblatt “Bewertung der Tragfähigkeit bestehender Verschlüsse im Stahlwasserbau (TbVS)” ein Verfahren zur Verfügung, das anhand einer Robustheitsbewertung Informationen über die Tragsicherheit und das Tragverhalten von beschädigten Stahlwasserbauten liefert. Kennzahl der Robustheitsbewertung ist die Traglast des Tragwerks. Der Beitrag stellt den Analyseablauf vor, mit dem im Rahmen der Robustheitsbewertung die Traglast für die gängigen Tragsysteme von stählernen Wehrverschlüssen mittels numerischer Verfahren berechnet wird. Nach einer Einführung zur Notwendigkeit von Robustheitsbewertungen für die bestehenden stählernen Verschlussorgane der Bundeswasserstraßen und der Erläuterung des zugrunde liegenden Sicherheitskonzepts folgt die Beschreibung des Analyseablaufs für die numerische Ermittlung der Traglast und ihrer Plausibilisierung. Zur Quantifizierung der Robustheitsbewertung wird der Schädigungsgrad D eingeführt. Drei Beispiele an jeweils unterschiedlichen Tragsystemen verdeutlichen anschließend das schrittweise Vorgehen bei der Traglastanalyse und der Berechnung des Schädigungsgrads. Die abschließende Zusammenfassung zeigt die Bedeutung des Verfahrens für die bauwerksübergreifende Instandhaltungsplanung auf.

Ultimate load analyses in the framework of a robustness assessment of existing hydraulic steel structures
In context with the planning of maintenance measures on structures of the Federal Waterways, the publication BAWMerkblatt “Bewertung der Tragfähigkeit bestehender Verschlüsse im Stahlwasserbau (TbVS)” offers a procedure that uses a robustness assessment to provide information on the structural safety and the load-bearing behaviour of damaged hydraulic steel structures. The key figure of the robustness assessment is the ultimate load of the structure. The article presents the numerical analysis procedure within the framework of the robustness assessment that is used to calculate the ultimate load for the common structural systems of steel weir gates. After an introduction about the necessity of robustness assessments for the existing closing devices used in the German federal waterways and the explanation of the underlying safety concept, the analysis procedure for the numerical determination of the ultimate load is described. The degree of damage D is introduced to quantify the outcome of the robustness assessment. Three examples of different structural systems then illustrate the step-by-step procedure for the determination of the ultimate load and the calculation of the degree of damage. The final summary shows the importance of the procedure for maintenance planning across multiple structures.

Die Untersuchung des Tragverhaltens von Stahlbetontragwerken nach der Theorie II.Ordnung wird durch hochgradig nichtlineare Zusammenhänge erheblich erschwert. Hierzu wird ein rein numerisches Verfahren beschrieben, das die Ermittlung der Traglasten bestimmter seitenverschieblicher Stockwerkrahmen unter Annahme nichtlinear-elastischen Werkstoffverhaltens erlaubt.