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.

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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.

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.

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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).

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.

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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.

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.

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 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.

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.

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.

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Es wird über die experimentelle Untersuchung einer Stahlbetonplatte und deren Schubtragfähigkeit berichtet. Die Platte stand hierbei ständig unter Normalzugspannungen. Diese Beanspruchung tritt beispeilsweise bei Verbundbrücken über einer Innenstütze auf, es muss davon ausgegengen werden, daß die Betonplatte über ihren gesamten Querschnitt gerissen ist.

Mit einer systematischen Auswertung von Versuchsdaten von 260 Stahlbeton- und 174 Spannbetonbalken werden die wesentlichen Einflüsse auf die Schubtragfähigkeit untersucht. Hierauf aufbauend wird ein Bemessungsansatz entwickelt, der die Schubtragfähigkeit für die Versagensarten Biegeschub- und Schubzugbruch aus einem Traganteil der Schubbewehrung und einem Betontraganteil ermittelt.

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Auf der Grundlage der räumlichen Elastizitätstheorie werden die Formeln für die Verteilung der Vertikal- und Horizontalschubspannungen über den freien Rand des dicken Kreisringquerschnitts angegeben. Den Kern der Untersuchung bildet die Herleitung von normierten Schubspannungsfunktionen über den dicken Kreisringquerschnitt und ihrer Darstellung in Nomogrammen. Mit diesen Nomogrammen lassen sich die Schubspannungen für die praktisch interessanten Radienverhältnisse von dicken Kreisringsquerschnitten schnell bestimmen. Die Nomogramme werden sowohl mit der exakten Lösung der Elastizitätstheorie als auch mit den normierten Beziehungen der Schubspannungsverteilungen des Vollkreisquerschnitts und des dünnen Kreisringsquerschnitts numerisch verglichen und diskutiert.

Es wurden unmittelbare Messungen der Schubspannungs-Verzerrungs-Beziehung von Baustählen im plastischen Bereich durchgeführt und daraus die charakteristischen Werkstoffkennwerte im plastischen Bereich abgeleitet. Dadurch konnten die bekannten grundlegenden Beziehungen zwischen Werkstoffkennwerten auch im plastischen Bereich verifiziert werden. Beim Schubfließen wurde die Entstehung von sehr kleinen Versätzen auf den Stahloberflächen beobachtet.

Sandwichelemente mit Stahldeckschichten und PUR-Hartschaumkernen werden im Bauwesen hauptsächlich als plattenartige Tragelemente eingesetzt. Neben raumabschließenden und bauphysikalischen Funktionen liegt der Einsatzbereich dieser Bauelemente in der Aufnahme und Weiterleitung von Lasten, die orthogonal zu den Hauptabmessungen der Sandwichelemente einwirken. Die Scheibenwirkung von Sandwichelementen wird bisher lediglich theoretisch behandelt. Der Aufsatz berichtet über die Ergebnisse von Schubfeld-Versuchen, die im Rahemn des AiF-Forschungsvorhabens Nr. 8193 "Tragfähigkeit und Verformungsverhalten von Scheiben aus Sandwichelementen mit Stahldeckschichten und PUR-Hartschaumkern" in baupraktischen Anordnungen durchgeführt wurden und mit deren Hilfe eine Erweiterung des Anwendungsbereiches von Sandwichelementen gerechtfertigt werden kann.

Sandwichelemente mit Stahldeckschichten und PUR-Hartschaumkernen werden im Bauwesen hauptsächlich als plattenartige Tragelemente eingesetzt. Neben raumabschließenden und bauphysikalischen Funktionen liegt der Einsatzbereich dieser Bauelemente in der Aufnahme und Weierleitung von Lasten, die orthogonal zu den Hauptabmessungen der Sandwichelemente einwirken. Die Scheibenwirkung von Sandwichelementen wird bisher lediglich theoretisch behandelt. Der Aufsatz berichtet über die Ergebnisse von Schubfeld-Versuchen, die im Rahmen des AiF-Forschungsvorhabens Nr. 8193 "Tragfähigkeit und Verformungsverhalten von Scheiben aus Sandwichelementen mit Stahldeckschichten und PUR-Hartschaumkern" in baupraktischen Anordnungen durchgeführt wurden und mit deren Hilfe eine Erweiterung des Anwendungsbereiches von Sandwichelementen gerechtfertigt weren kann.

Umfangreiche experimentelle Untersuchungen über das Tragverhalten von Schubfeldern aus Aluminiumtrapezprofilen haben gezeigt, daß Tragfähigkeit und Steifigkeit mit geringen Modifikationen entsprechend den Regeln für Stahltrapezprofile berechnet werden können. Es wird über die Ergebnisse von 32 Versuchen in Stockholm und Karlsruhe berichtet, mit deren Hilfe die Berechnungsansätze verifiziert werden konnten.