Bei feuerverzinkten Stahlträgern u.a. für den Parkhausbau sind in der Vergangenheit Risse aufgetreten, hauptsächlich Längsrisse im Steg der Träger, die von geschweißten Teilkopfplatten ausgingen, vereinzelt auch Risse am Untergurt quer zum Träger, die an lokalen Druckstellen infolge Kaltverformung zum Vorkrümmen der Träger ihren Anfang nahmen. Der Aufsatz geht den wechselseitigen Ursachen der Rißbildung bei der Verzinkung entsprechend dem derzeitigen Stand der Forschung nach und gibt vorläufige Empfehlungen zur Werkstoffwahl, der konstruktiven Ausbildung, Fertigung und Feuerzinkung, um in Zukunft Risse zu vermeiden.

Der Schutz von kritischer baulicher Infrastruktur vor außergewöhnlichen Einwirkungen und multiplen Gefährdungen, deren Eintreten häufig als “sehr unwahrscheinlich“ beurteilt wird, hat seit Fukushima an neuer Dynamik gewonnen. Dieser Aufsatz gibt einen Einblick in die Gefährdungs- und Risikoanalyse und diskutiert ausgewählte außergewöhnliche Einwirkungen in Bezug auf die Bauwerkssicherheit. Anschließend werden Hinweise zum Entwurf gegeben. Der optimale Entwurf ist keineswegs der schnellste und materialsparendste, sondern er mündet vielmehr in ein Bauwerk, das auch unter extremen Einwirkungen sicher ist. Erreicht wird dies durch einen robusten, duktilen und redundanten Tragwerksentwurf auf Basis abgestufter Gefährdungsszenarien. Das Bauwerk sollte gutmütig auf Laständerungen reagieren. Zum Abschluss dieses Aufsatzes werden einige typische Probleme bei der Qualitätssicherung kritischer baulicher Infrastruktur aufgezeigt.

Safety of critical built infrastructures subjected to extreme multiple hazards.
The protection of critical built infrastructures subjected to extreme multiple hazards, which are often regarded as being “very unlikely”, has become even more important since the nuclear accident in Fukushima. Even “very unlikely” events or chains of events can occur, and critical infrastructures should withstand these events. This paper gives an overview of hazard and risk analysis basics and discusses typical characteristics of extreme loadings. Furthermore, some important design guidelines are pointed out. The optimal concept leads to a safe, i.e., robust, ductile and redundant design on the basis of graded hazard scenarios. Finally, this paper emphasizes typical problems regarding the quality assurance of critical infrastructures.

Die Sicherheitsreserven vorhandener Gebäude können auf der Grundlage statistisch ausgewerter Baustoffuntersuchungen beurteilt werden. Das Aussondern überfester Einzelwerte und das Zusammenfassen von Einzelstichproben zu größeren Gesamtstichproben sind erforderlich, um nicht zu ungünstig zu urteilen. Zwischen trocken und naß gebohrten Kernen wurden keine statischen signifikanten Festigkeitsunterschiede festgestellt.

Die Berechnung von Silos beruht nach Ansicht des Autors auf Lastannahmen, die oft auf der unsicheren Seite liegen, da die mechanischen Eigenschaften des Siloguts nur unzureichend erfasst werden (Hohlräume im Silogut, ungleichmässige Drücke, Brückenbildung). Es wird ein Verfahren gezeigt, wie die Anteile der ungleichen Druckverteilungen aus dem Silogut erfasst werden können.

Die numerische Methode der Computational Fluid Dynamics (CFD) - seit langem bereits erfolgreich in den Bereichen Luft- und Raumfahrt, Automobilbau und Turbomaschinen im Einsatz - wird zunehmend zur Simulation von Raumluftströmungen eingesetzt. Neben der erzwungenen Konvektion ist bei realen Räumen auch die freie Konvektion durch Temperaturdifferenzen von Bedeutung. Da für die freie Konvektion nur sehr wenige Validationsmessungen existieren, wurden am Fachgebiet Bauphysik der Universität Kassel Versuche an einem Aufbau mit einer Heiz- und einer Kühlplatte unternommen. Dabei kamen sowohl Messungen mit der sog. Particle Image Velocimetry (PIV) als auch Rauchversuche zum Einsatz. Die parallel durchgeführten CFD-Berechnungen zeigen die Grenzen dieser Methode auf.

Ausgehend von den kritischen Randbedingungen der Berechnung mit ganzheitlichen Gebäudemodellen werden typische und häufig anzutreffende Konstruktionsfälle diskutiert, bei denen Gesamtmodelle Vorteile für den Entwurf aufzeigen. Hier sind räumliche Tragwirkungen zu nennen, die Erfassung von Zwangsbeanspruchungen bei komplexen Grundrissen mit vielfältigen Festhaltungen sowie die Beanspruchung schlanker Gebäudestrukturen aus Windlasten und seismischen Einwirkungen. Für die genannten sinnvollen Anwendungsfälle werden die notwendigen Randbedingungen diskutiert. Die jeweiligen Anwendungsfälle werden anhand konkreter Gebäudebeispiele vorgestellt.

On the reasonable use of total building models in the design of building structures
Coming from the critical boundary conditions of the calculation with total building models, typical and prevalent constructions, where total models show advantages for the design, will be discussed. Here, spatial load-bearing impact, the registration of unforced interactions of complex ground plans with various supports as well as the stressing of slender building structures resulting from wind loads and seismic impacts have to be mentioned. For the stated reasonable use cases the necessary boundary conditions will be discussed. The respective use cases will be presented by means of concrete building examples.

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Es wird ein vereinfachtes Verfahren zur wirklichkeitsnahen Ermittlung der Spannungszunahme im Spann- und Betonstahl unter Berücksichtigung des unterschiedlichen Verbundverhaltens im Spannbeton bei Rissbildung vorgestellt. Die Nachrechnungen der Versuche zeigen gute Übereinstimmung.

Stahlgussbauteile werden häufig für hochbeanspruchte, dickwandige Erzeugnisse eingesetzt. Neben den Gebrauchstauglichkeits- und Tragfähigkeitsnachweisen ist für diese Bauteile aufgrund der Werkstoffungänzen und der daraus resultierenden Spannungsspitzen auch außerhalb der Anschweißenden eine ausreichende Sicherheit gegen sprödes Bauteilversagen sicherzustellen. Vereinfachte Sprödbruchnachweise, denen Worst-Case-Betrachtungen zugrunde liegen, lassen für große Wanddicken jedoch nur deutlich reduzierte Ausnutzungsgrade zu. Allgemein anerkannte Konzepte für die rechnerische Bewertung realitätsnaher Bemessungsszenarien unter Berücksichtigung der Herstellungsqualität von Gussbauteilen gibt es derzeit nicht. Im folgenden Beitrag werden experimentelle Untersuchungen zur Bewertung der Sprödbruchsicherheit von dickwandigen Bauteilen sowie eine detailgetreue Nachweismethode auf Basis numerischer Berechnungen vorgestellt. Diese Ergebnisse wurden im Rahmen einer Dissertation an der Versuchsanstalt für Stahl, Holz und Steine des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) erarbeitet.

Brittle fracture safety of products of cast steel.
Cast steel components are frequently used for highly stressed, thick-walled products. In addition to the proof of serviceability and load-bearing capacity, a sufficient safety against brittle component failure is to be ensured even outside of the welding ends for these components due to the material discontinuities and the resulting stress peaks. Simplified assessments against brittle fracture, that underlie worst-case considerations, allow only significantly reduced utilisation factors for large wall thicknesses. Generally accepted concepts for the arithmetic evaluation of realistic dimensioning scenarios under consideration of the manufacturing quality of cast steel components are currently not available. In the following paper the experimental investigations for evaluating brittle fracture safety of thick-walled components and an accurate detection method on the basis of numerical calculations are presented. These results were developed in the scope of a doctoral thesis at the Research Center for Steel, Timber and Masonry at Karlsruhe Institute of Technology (KIT).

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In Industriebauten werden Gitterroste häufig als Bühnenbelag eingesetzt. Hier wird über Untersuchungen mit einfachen Standard-Klemmbefestigungen und einfachen Preßrosten berichtet. Damit ist sichergestellt, daß für die baupraktische Anwendung eine untere Abschätzung erfolgt. Aus Detailversuchen ergab sich, daß als unterer Grenzwert eine konstante rechnerische Schubfestigkeit von 100 kN gewählt werden darf. In Großversuchen wurde bestätigt, daß Gitterroste zur Aussteifung gegenüber Biegedrillknicken herangezogen werden können, wenn ein Anzugsmoment der Klemmen von mindestens 0,25 kNcm aufgebracht wird. Es wird eine einfache Möglichkeit gezeigt, wie die Schubsteifigkeit bei der Berechnung des kritischen Biegedrillknickmomentes berücksichtigt werden kann. Ein Rechnebeispiel zeigt die Anwendung.

Es wird über Berechnungsmethoden für die Stabilisierung von Rutschungen mit steifen Elementen, z.B. Pfählen oder Brunnen berichtet erste Ergebnisse des Vergleichs zwischen Theorie und in situ vorgenommenen Messungen an Rutschhängen vorgestellt.

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Häufig werden Biegeträger in Querrichtung über anschließende Bauteile miteinander verbunden. Liegt an den Verbindungsstellen keine starre seitliche Stützung vor, läßt sich die Biegedrillknicklast der Träger oft nur über Systembetrachtungen bestimmen. Im folgenden Beitrag werden Verfahren zur Berechnung von in Querrichtung gekoppelten Trägersystemen beschrieben, die eine schnelle Ermittlung der Biegedrillknicklasten ermöglichen. Die Anwendung wird an einem typischen Beispiel gezeigt.

Durch das Einprägen von oberflächennahen Eigenspannungen kann die Lebensdauer von Metallbauteilen erheblich erhöht werden. An den Außenflächen werden dabei durch plastisches Umformen Druckeigenspannungen erzeugt, die zusammen mit Zugeigenspannungen ein Gleichgewichtssystem bilden. Da bei schwingenden Beanspruchungen mit anwachsenden Schädigungen auch zunehmende Verzerrungen entstehen, die Aufrechterhaltung von Eigenspannungen aber eine Blockade von Bewegungen voraussetzt, sind im Zusammenhang mit deren Stabilität Fragen der Materialdegradation zu behandeln. Ausgehend von Versetzungsbewegungen werden Fragen zur Stabilität eingeprägter plastischer Verformungen diskutiert und Befunde von Ermüdungstests an nachbehandelten Schweißnähten vorgestellt.

The stability of subsurface residual stresses induced by plastic deformation.
Induced subsurface residual compression stresses can considerably increase the service life of metal components. In the case of such stresses on the outer surfaces generated by plastic deformation an equilibrium system with residual tensile stresses inside exists. Under cyclic loading the material degradation process causes with increased strains against the odds of a continued existence of residual stresses. In accordance with material degradation questions with regard to the stability of imposed residual stresses have to be answered. The dislocation motion issues are discussed in view of the stability induced plastic deformations, moreover, results of fatigue tests on specimen with post-treated welds are presented.

Für den Beulnachweis von Schornsteinen mit Fuchsöffnungen gibt es bis jetzt kein Verfahren, das den Besonderheiten von Stahlbauwerken Rechnung trägt. Im Beitrag wird über rund fünfzig Beulversuche an Stahl-Modellen mit unversteiften und längsversteiften Mantelöffnungen berichtet. Durch Dehnungsmessungen im Öffnungsbereich konnten einige Besonderheiten im Tragverhalten erklärt werden. In Anlehnung an die in der DASt Ri 013 genannten Tragspannungen werden Beulnachweise für elastisch unversteifte, teil-plastisch unversteifte und längs-versteifte Ausschnitte erarbeitet. Für exzentrisch zur Schale angeordnete Längssteifen wird eine Behandlung als elastisch gebetteter Balken vorgeschlagen. Der Einfluß von zusätzlichen (Teil)-Ringsteifen wird diskutiert. Zuletzt folgen einige Anmerkungen zum Gebrauchsfähigkeits-Nachweis und eine Auflistung der noch offenen Fragen.

Gewalzte Winkel sind typische Profile im Mast-, Turm- und Freileitungsbau. Je nach Länge des Profils können bei Druckbeanspruchung Versagensmodi von Drill- bzw. Biegedrillknicken, reinem Knicken und Interaktion mit lokalem Stabilitätsversagen auftreten. Die derzeitigen Normenwerke DIN EN 1993-1 (Stahlbau), DIN EN 1993-3 (Türme und Maste) sowie DIN EN 50341-1 und DIN EN 50341-3-4 (beide Freileitungsbau) regeln die Stabilitätsnachweise zum Teil unterschiedlich. Im vorliegenden Beitrag werden die wesentlichen Unterschiede herausgearbeitet und sowohl mit Versuchsergebnissen aus der Literatur als auch mit Finite-Elemente-Rechnungen, hier insbesondere hinsichtlich der Imperfektionsempfindlichkeit, verglichen.

Buckling resistance of L-profiles in towers, masts and open line constructions.
Rolled L-profiles are typical cross sections in towers, masts and open line constructions. Depending on the length, the dominant failure mode can change from lateral torsional to global and to local buckling. Current standards such as DIN EN 1993-1 (steel structures), DIN EN 1993-3 (towers and masts) and DIN EN 50341-1 and -3-4 (both open line constructions) are using different approaches to design against stability failure. In the study presented here, the main differences between the standards are shown. The results are furthermore compared with experimental results and finite element calculations, particularly with respect to imperfection sensitivity.

Bisherige Verfahren für den Stabilitätsnachweis von Zylinderschalen berücksichtigen nur den Membranspannungszustand. Biegespannungen, insbesondere aus planmäßigen oder unplanmäßigen Randstörmomenten, werden außer acht gelassen. Der Beitrag berichtet über eine systematische Untersuchung des Einflusses von Randstörmomenten auf die Verzweigungslast von dünnwandigen Zylindern. Es wird gezeigt, daß auch für den mittellangen Schalenbereich Randmomente zu einer deutlichen Verringerung der Verzweigungslast führen. Nach einer Betrachtung über die Imperfektionsempfindlichkeit wird ein praxisorientiertes Bemessungsverfahren vorgeschlagen.

Im Mast- und Schornsteinbau werden Radiensprünge benachbarter zylindrischer Schüsse oft durch konische Zwischenstücke überbrückt. Zur Aufnahme der Abtriebskräfte werden an den Meridianknicken Ringsteifen aufgeschweißt. Um Schweißnahtanhäufungen und Anpassungsarbeiten zu vermeiden, sollten diese Ringe in Richtung des Zylinders versetzt angeordnet werden. Das Stabilitätsverhalten dieser Strukturen wurde durch numerische Parameterstudien untersucht. Es wird ein Verfahren für den Stabilitätsnachweis vorgeschlagen, das sich auf die neuen Regelungen in DIN 18 800 Teil 4 stützt.

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Wegen der Verwendung ungeeigneter Stähle wird die Standsicherheit der Wetterschalenverankerung bei Plattenbauten angezweifelt. Wenn nötig, muß sie wiederhergestellt werden, bevor ein Wärmedämm-Verbundsystem (WDVS) aufgebracht wird. Bei Verwendung eines WDVS müssen Zwängungskräfte aus dem Putz berücksichtigt werden, die aus der Behinderung dessen Scheibenverformungen aus hygrothermischen Einwirkungen enstehen. Menge, Lage und Anordnung der Wetterschalenverankerung werden durch die Kräfte mitbestimmt. Vorgestellt wird ein Konzept zum näherungsweisen Nachweis der Wetterschalenverankerung unter gleichzeitiger Berücksichtigung der Alt- und Neuanker.

Der Nachweis der Standsicherheit von nicht-ebenen Erdschlitzen, z. B. an einer Schlitzwandecke, ist mit dem vorhandenen Normenwerk nicht abgedeckt und auch nicht einfach zu erbringen. Dieser Artikel soll daher einige Erkenntnisse aus Vergleichsberechnungen mit sog. erweiterten DIN 4126-Ansätzen und 3D-Simulationen mit FE-Methoden hinsichtlich des Einflusses der Schlitzdicke auf die Nachweisführung von Eckschlitzen mitteilen. Die Grundsätze der Nachweisführung mit vereinfachten ebenen Ansätzen für die Eckschlitze wurden in [1] dargelegt. Aufgrund der Anregungen aus der Anwendung in der Praxis wurden Ergänzungen vorgenommen, um das Verfahren auch für relativ dicke Erdschlitze sinnvoll anwenden zu können.

On the stability of slurry corner trenches.
The overall stability calculations of non planar open trenches used in the course of the D-Wall construction is not covered by the existing regulations in Germany and even not an easy task. The present paper provides new findings arisen from 3D FE-simulations and comparisons with analytical models based on extended model of the DIN 4126 in order to ascertain the influence of the width of non-planar D-Wall panels on the stability of the open trench. The basic ideas for the design calculations dealing with simplified models for non-planar panels have been presented in [1] and due to the feed back from the application in practise some modifications of the simplified analysis have been carried out in order to facilitate the application of the model for large panel widths.

In dieser Arbeit werden zwei Ansätze zur Bemessung von Nagelwänden unter Berücksichtigung von Deformationen im Gebrauchszustand vorgestellt. Der erste Ansatz basiert auf einem Vergleich von Dissipationsarbeit des Boden-Nagel-Systems infolge einer Scherung im Grenzzustand und Arbeit der äußeren Kräfte. Grundlage des zweiten Ansatzes ist die Homogenisierung des Boden-Nagel-Systems. Anhand der Mischungstheorie lässt sich der erforderliche Bewehrungsgrad einer vernagelten Böschung ermitteln.
Neben Anmerkungen zu den herkömmlichen Standsicherheitsnachweisen und der Herleitung zweier alternativer Bemessungsansätze dienen Berechnungsbeispiele der näheren Erläuterung der vorgestellten Verfahren.