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Innovative Verfahren der Blechumformung und parametergestützte CAD-Modellierung erlauben die Realisierung hoch individualisierter Stahlbaukonstruktionen im Bauwesen. An der RWTH Aachen untersuchen der Lehrstuhl für Tragkonstruktionen und das Institut für Bildsame Formgebung topologische Bausysteme aus Feinblech auf Grundlage dieser Prinzipien. Mithilfe solcher Systeme lassen sich beliebige Flächengeometrien erzeugen, auch komplexe Krümmungen auf der Grundlage individueller Bauteile werden wirtschaftlich herstellbar. Zwei Prototypen, die im Rahmen dieser Untersuchungen entstanden sind, nutzen die strukturelle Leistungsfähigkeit des Materials aus und zeigen das Leichtbaupotenzial dieser Konstruktionsweise auf (Quelle: Lehrstuhl für Tragkonstruktionen (Trako RWTH), Beitrag Trautz, M. et al, S. 375 ff.).

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Das Projektmanagement im Bauwesen ist geprägt von vielschichtigen und zahlreichen Abhängigkeiten, großen Projektvolumen, veränderlichen Randbedingungen und langen Laufzeiten. Da sich Kriterien, Einschätzungen und Meinungen verändern oder erst im Projektverlauf eindeutig werden, benötigt es strukturierte und definierte Planungsgrundlagen sowie flexible Handlungsmöglichkeiten. Im Forschungsprojekt DigitalTWIN bilden deshalb digitale Werkzeuge für das Projektmanagement einen wichtigen Schwerpunkt. Die Implementierung agil entwickelter Softwarefunktionen im Projektverlauf von Gitterschalenkonstruktionen und Seilnetzfassaden zeigt exemplarisch die Vorteile einer engen Kopplung zwischen Projektbeteiligten und Experten der Datenwissenschaft und der Softwaretechnik. Tatsächliche Projektabläufe werden schneller und präziser bewertbar, strukturierte Prozessentwicklungen können datenbasiert abgeleitet werden und erprobte Workflows werden situativ angepasst, ohne den Bezug zur wachsenden Datenbasis zu verlieren. Der Aufsatz leitet zu Managementmethoden ein und zeigt beispielhaft, wie in Bauprojekten durch individuelle Softwareentwicklung aus relevanten Daten schneller Wissen und Handlungsempfehlungen abgeleitet werden können. Die erforderlichen Cloud-Infrastrukturen, die Plattformtechnologien und Methoden werden dabei in Demonstratoren sukzessive entwickelt und geben einen Ausblick, wie mit verteilten IT-Systemen trotzdem strukturiert, schnell, umfassend, digital und vertrauenswürdig zusammengearbeitet werden kann.

Agile software development in construction projects - a report summarizing the DigitalTWIN research project
Project management in the construction sector is characterized by manifold and numerous interdependencies, high project volumes with variable constraints and long project durations. It requires structured and defined planning principles as well as flexibility, as criteria, assessments, and opinions change or only become clear during the course of a project. Digital tools for project management are consequently an important focus in the DigitalTWIN research project. The implementation of agile software development in the project course of grid shell structures and cable net facades show the advantages of a close collaboration between project stakeholders and specialists in data science and software engineering. Real project progress can be evaluated faster and more precisely, process designs can be developed based on data, and proven workflows can be adjusted to specific situations without losing the relation to a growing database. The paper gives an introduction to management methods and shows how knowledge and recommended actions for construction projects can be obtained faster from relevant data using individual software development. The required cloud infrastructures, platform technologies and methods are developed step by step in demonstrators and provide an outlook how collaboration can be structured, fast, comprehensive, digital and trustworthy using distributed IT systems.

Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM) ist ein Schweißverfahren, mit dem dreidimensionale Strukturen aus Stahl hergestellt werden können. Wie andere additive Fertigungstechnologien ermöglicht es die Herstellung geometrisch komplexer Strukturen, die mit herkömmlichen Methoden nicht oder nur sehr aufwendig realisierbar sind. In diesem Beitrag wird ein Arbeitsablauf vom Entwurf bis zur Fertigung für den Einsatz von WAAM im Rahmen der Herstellung von Stützen mit außergewöhnlicher Geometrie vorgestellt. Hierbei wird die Erforschung von Materialverhalten und Prozessparametern mit dem Ziel kombiniert, ein digitales Werkzeug für den Entwurf und die Fertigung von Bauteilen mittels WAAM bereitzustellen. Um die gewünschten Geometrien zu erreichen, werden die erforderlichen Schweißparameter erfasst und in einem rudimentären Digitalen Zwilling gespeichert. Ergänzt wird dies durch mehrere Prozesskontrollen, die während des Druckprozesses durchgeführt werden, um sicherzustellen, dass das Objekt wie geplant erzeugt wird. Schließlich werden die Strukturen hergestellt und einer kritischen Bewertung unterzogen, um das Potenzial für zukünftige Anwendungen zu ermitteln. Die Herausforderung, geometrische Komplexität mit der Fertigung in großem Maßstab zu verbinden, stellt einen nächsten Schritt in der Integration von WAAM in den Stahlbau dar.

3D printed columns with exceptional geometry
Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM) is a welding process used to build up three-dimensional structures in steel. Like other Additive Manufacturing technologies, it allows for geometrically-exceptional structures to be fabricated which are otherwise unfeasible or very expensive to manufacture using traditional methods. This paper presents an integrated design approach to the use of WAAM in the context of large-scaled applications, focusing on columns with exceptional geometric complexity. It combines material behaviour and process parameter research, with the aim of providing a digital tool to design and print structures using WAAM. To achieve the desired geometries, necessary welding parameters are stored and applied to a rudimentary digital twin model. This is complimented by multiple process-control checks, which are implemented during the printing process to ensure that an object is generated as planned. Finally, the structures are manufactured and are subjected to a critical evaluation in order to identify the possible future potential. The challenge of combining geometric complexity with manufacturing for large scale represents a next step in the integration of WAAM in steel constructions.

Der Einsatz von Stahl im Bauwesen war über viele Jahre von engen Vorgaben hinsichtlich der einsetzbaren Halbzeuge geprägt und verlieh Stahlkonstruktionen häufig den Charakter von “Baukastensystemen”. Die Modernisierung der Bearbeitungsmethoden veränderte diese Gegebenheiten. Im digitalen Zeitalter ist es nunmehr möglich, nicht nur aufseiten der Produktion, sondern auch aufseiten des Entwurfs, der Darstellung, der Planung und der Konstruktion eine Prozesskette zu erstellen, mit deren Unterstützung hoch individualisierte Stahlbauteile erzeugt werden können, die Teil wiederum von individualisierten Bauwerken sind. Mit diesen Mitteln lassen sich Leichtbaukonstruktionen aus Blech mit individuellem Design erstellen, wie zwei Prototypen, die an der RWTH Aachen in Kooperation des Lehrstuhls Tragkonstruktionen mit dem Institut für Bildsame Formgebung entstanden sind, eindrücklich demonstrieren. Die neuartige Bauweise aus Feinblech erschließt einen für den Stahlbau bisher eher unzugänglichen Formenkanon und erweist sich als äußerst materialsparend und liegt so im Trend des nachhaltigen Bauens unserer Zeit.

Lightweight structures made of thin sheet metal
For many years, the use of steel in the construction industry was characterized by strict specifications regarding the semi-finished products that could be used and often gave steel structures the character of “modular systems”. The modernization of processing methods changed and improved these conditions. In the digital era, it is now possible to create a process chain not only on the production end, but also on the design, presentation, planning and construction end, with the support of which highly individualized steel components can be produced, which in return form part of individualized structures. With these means, lightweight sheet metal structures with individual design can be created, as impressively demonstrated by two prototypes that were created at RWTH Aachen University in cooperation between the Chair of Structures and Structural Design and the Institute of Metal Forming. The novel construction method using thin sheet metal opens up a canon of shapes that was previously rather inaccessible to steel construction and proves to be extremely material saving, thus being in line with the trend of sustainable construction of our time.

Prozesse beim Planen, Bauen und Betreiben sind von Abstimmungen, Bewertungen und Entscheidungen geprägt, bei denen Modelldaten, Visualisierungen und Simulationen wesentlich unterstützen. Im Forschungsprojekt DigitalTWIN steht deshalb der Einsatz von Diensten der erweiterten Realität (Extended Reality/XR) als ein wesentlicher Visualisierungsweg zukünftiger Arbeitsabläufe im Fokus. Eine durchgängige Datenverarbeitung, um Objekt-, Prozess- und Werkzeugdaten koordiniert kombinieren zu können, ist eine wesentliche Voraussetzung. Der systematische Einsatz der Gebäudedatenmodellierung (Building Information Modeling/BIM) und die Anwendung agiler Projektmanagementmethoden sind hierfür die Basis. Um die Schnittstellen durch IT-Werkzeuge schneller und aufgabenspezifisch zu lösen, wurden die entwickelten Dienste für kompatible, offene Plattformtechnologien entwickelt. Auch neue Funktechnologien für die latenzarme Vernetzung sowie die Frage des Breitbandausbaus auf der Baustelle wurden untersucht, da mit modernsten Visualisierungs- und Interaktionstechnologien die Anforderungen an die Breitbandinfrastruktur steigen. Der Aufsatz leitet zu den Möglichkeiten von XR-Diensten im Bauwesen ein und zeigt dann die entwickelten Szenarien für Stahl-Glas-Konstruktionen. Abschließend wird die Kombinierbarkeit der Softwaremodule für spezifische Einsatzszenarien gezeigt und ein Ausblick gegeben, wie Technologien des Industrial Internet of Things und der erweiterten Realität verknüpft werden können.

Situation-based use of extended reality technologies for steel-glass structures - a report from the DigitalTWIN research project
Planning, construction and operation are characterized by coordination, evaluation and decision-making processes, for which model data, visualizations and simulations provide essential support. The DigitalTWIN research project therefore focuses on the use of extended reality/XR services as an essential visualization path for future work processes. End-to-end data processing is an essential prerequisite in order to combine object, process and tool data in a coordinated manner is an essential prerequisite. The systematic use of building information modeling (BIM) and the application of agile project management methods are the base for this. Based on open platform technologies fast and task-specific services were developed in order to efficiently adapt and optimize software interfaces between individual modules. New wireless technologies for low-latency networking and the issue of broadband expansion on the construction site were also investigated, as state-of-the-art visualization and interaction technologies increase the demands on broadband infrastructure. The article introduces the possibilities of XR services in construction and then shows the developed scenarios for steel-glass constructions. Finally, the combinability of the software modules for specific application scenarios is shown and an outlook is given on how Industrial Internet of Things and augmented reality technologies can be linked.

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Bei Feinkornbaustählen mit den aktuell höchsten nominellen Streckgrenzen von bis zu 1300 MPa stellt die Ausführung hochwertiger Schweißverbindungen eine besondere Herausforderung dar. Innovative Schweißverfahren, wie Laserstrahl- und Laserhybridschweißverfahren, bieten ein hohes Einsatzpotenzial, werden aber aufgrund mangelnder Erfahrungswerte bisher nur selten eingesetzt. Im Beitrag wird deshalb eine an vier verschiedenen Werkstoffen (S960MC, S1100M, S1100QL, S1300QL) und zwei Schweißverfahrensvarianten (Laserstrahlschweißen ohne Zusatzwerkstoff, Laserstrahl-MSG-Hybridschweißen) durchgeführte Schweißnahtcharakterisierung vorgestellt. Die Untersuchungen der Stumpfnähte umfassen u. a. Sicht-, Farbeindring- und Röntgenprüfungen sowie Querzugversuche und Härtefeldmessungen. Die Schweißzonen zeigen auffallend geringe Abmessungen und nur eine moderate Entfestigung, die sich insbesondere auf die Anlasszone konzentriert. Eine Ausnahme stellen die Verbindungen des S1100M dar, bei welchem keine Entfestigung in der Anlasszone festgestellt wird.

Laser beam and laser-GMAW-hybrid welded joints made of high-strength fine-grained structural steels - part 1: procedure and weld characterisation
In the case of fine-grained structural steels with the currently highest nominal yield strengths of up to 1300 MPa, the execution of high-quality welded joints represents a particular challenge. Innovative welding processes, such as laser beam and laser hybrid welding, show high application potential, but have only rarely been used due to a lack of experience so far. This article, therefore, presents a weld characterisation carried out on four different materials (S960MC, S1100M, S1100QL, S1300QL) and two welding process variants (laser beam welding without filler metal, laser-GMAW-hybrid welding). The investigations of butt welds include visual, dye penetration and X-ray tests as well as transverse tensile tests and hardness field measurements. The weld zones show remarkably small dimensions and only moderate softening, which is particularly concentrated in the tempering zone. Exceptions are the joints of the S1100M, where no softening is observed in the tempering zone.

Der ländliche Raum außerhalb größerer Städte mit ihren Speckgürteln erlebt derzeit eine Renaissance. Die Potenziale an Bausubstanz und örtlichen Strukturen des Gemeinwesens bleiben hierbei in Teilen oft ungenutzt - bieten sie doch einen Mehrwert abseits der üblichen architektonischen Lösungen für Wohn- oder Gewerbenutzungen. Das nachfolgend vorgestellte Praxisbeispiel beschreibt Prozess und konstruktive Maßnahmen der Wiedernutzbarmachung einer denkmalgeschützten und stark baufälligen Scheune. Mittels einer, hinsichtlich des minimalen zusätzlichen (Raum-)Volumenverbrauchs, hocheffizienten Stahlkonstruktion konnte das Gebäude stabilisiert und durch Rückbau der Innenwände die Nutzungsflexibilität erhöht werden. Das Planungsteam setzte sich hierbei erfolgreich mit den gegenwärtig relevanten Themen des Baugeschehens und der Baukultur auseinander: Revitalisierung sowohl auf Gebäudeebene durch die Wiedernutzbarmachung einer Ruine als auch in dörflichem Maßstab durch die Ergänzung durch attraktives und v. a. aktives Gewerbe in der Gemeinde; re-use von vorhandener grauer Energie; kreislaufgerechtes Bauen durch entsprechende Materialwahl und Fügungen; Reduzierung auf wesentliche bauliche Intervention zur Nutzbarmachung des Bestands; regionale Partizipation durch Einbindung lokaler Handwerksbetriebe in Workshops und in die bauliche Umsetzung; interdisziplinäre Zusammenarbeit bei gewerkeübergreifender und ganzheitlich simultaner Planung von Konzept, Detail und Bauzuständen.

Revitalization and conversion of a heritage-protected barn in Gerswalde, Uckermark
Rural areas outside of larger cities with their suburbs are currently experiencing a renaissance. Unfortunately, the potential of existing buildings and local structures of the community often remains untapped. Thereby they offer added value beyond the usual architectural solutions for residential or commercial use. The practical example presented below describes the process and constructive measures for making a dilapidated historic barn usable again. The building was stabilized by means of a highly efficient steel structure in terms of minimum additional (space) volume consumption. The flexibility of use was increased by dismantling the inner walls. The planning team successfully dealt with the currently relevant topics of building activity and building culture: revitalization both at building level by making a ruin usable again, and on a village scale by adding attractive and, above all, active businesses in the community; reuse of existing grey energy; circular construction through appropriate material selection and joints; reduction to essential structural intervention to make the existing building usable; regional participation by involving local craft businesses in workshops and in the structural implementation; interdisciplinary collaboration in cross-trade and holistic-simultaneous planning of concept, detail and states of construction.

Die Schwebefähre an der Eisenbahnhochbrücke Rendsburg versah von Dezember 1913 bis zur Kollision mit einem Frachtschiff im Januar 2016 ihren täglichen Dienst. Die Fähre musste wegen der Kollision neu gebaut werden. Am 4. März 2022 wurde der Ersatzneubau für den Verkehr freigegeben. Die Schwebefähre ist mit der Eisenbahnhochbrücke Rendsburg ein historisches Wahrzeichen und ein Zeugnis deutscher Ingenieurkunst.

Rebuilding a new suspension ferry under the railway high bridge at Rendsburg
The construction of a new suspension ferry under the railway high bridge was in daily service from December 1913 until its collision with a freighter in January 2016. Because of this collision a new ferry had to be built. On 4th of March 2022 the new suspension ferry is brought into service. This ferry is together with the railway high bridge a historic landmark and an evidence of German engineering.

Aktuelles:
Ernst & Sohn Ingenieurbaupreis 2022: Übergabe der Siegerplakette & Veröffentlichung der Dokumentation
Erzeugerpreisindex Stahl (2015 = 100)
Durchschnittliche BDSV-Lagerverkaufspreise für Stahlschrottsorten in Deutschland

Wettbewerbe:
Stahlarchitekturpreis 2020 für adidas Arena von Behnisch Architekten

Tagungen & Veranstaltungen:
Münchener Kranbahntag am 21. September 2022

IFBS news:
Neuer Leitfaden - Brandschutzanforderungen im Metallleichtbau
Aktualisierung - Katalog zertifizierter Produkte der IFBS-Mitgliedsunternehmen
10. KlempnerTreff digital

ÖSTV news:
1. Österreichische Metallschutztage 2022

SZS steel news:
steelacademie 03/22 Brückenbautagung in Zürich

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Die Wehranlage Geesthacht befindet sich etwa 140 km oberhalb der Elbmündung und wurde in den Jahren 1957-1960 als Bestandteil der Staustufe Geesthacht errichtet. Die Wehranlage staut den Mittellauf der Elbe auf das für die Schifffahrt erforderliche Niveau und bildet die Grenze der Tideelbe. Aufgrund der festgestellten erheblichen Defizite wurde entschieden, die erforderliche Erneuerung der Uferwände und den Neubau des Hauptzulaufs im Vorwege der Grundinstandsetzung der Wehrfelder durchzuführen. Weitere Informationen lesen Sie im Bericht von Ulrich Jäppelt et al., S. 367 ff. (Quelle: T. Jann)

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Beim Planen, Bauen und Betreiben von Verkehrswasserbauwerken sind Bestandspläne von großer Bedeutung. Gerade für Instandsetzungen oder Ersatzneubauten, die im Wasserbau einen Großteil der Baumaßnahmen darstellen, beinhalten sie zentrale Informationen u. a. zur Konstruktion der bestehenden Bauwerke. Die Wasserstraßen- und Schifffahrtsverwaltung des Bundes (WSV) hat Anfang des Jahrtausends daher alle Pläne mit hohem Aufwand digitalisiert. In dem Digitalisierungsprozess wurden aus technischen Gründen etwa 35.000 Dokumente in Teilaufnahmen (TA) zerstückelt, was deren Übergabe und Nutzung erheblich stört. Diese, im Rahmen eines FuE-Projekts der Bundesanstalt für Wasserbau (BAW) entstandene, Arbeit zeigt, dass mit Image Stitching, einer Methode aus dem Bereich des computerbasierten Sehens (Computer Vision), die Pläne zum Großteil automatisiert zusammengeführt werden können. Mit einem merkmalsbasierten Ansatz werden dafür die Zusammenhänge zwischen den einzelnen TA modelliert und diese in einer gemeinsamen Bildebene aneinander ausgerichtet. Beim Zusammenfügen zu einem Gesamtplan wird mit einer nahtbasierten Methode sichergestellt, dass die Elemente im Plan möglichst am Stück erhalten bleiben. Es wird gezeigt, wie mit innovativen Methoden die Gesamtqualität des Baubestandswerks der WSV automatisiert verbessert werden kann und diskutiert, wie weitere Techniken aus dem Bereich der Computer Vision eingesetzt werden können, um die Ergebnisse noch weiter zu verbessern.

Automatic stitching of fragmented construction plans of hydraulic structures
Inventory plans are of great importance during planning, construction and operation of hydraulic structures. Particularly for repairs or replacements, which represent a large part of the construction measures in hydraulic engineering, they contain central information on the construction of the existing structures. At the beginning of the millennium, the German Federal Waterways and Shipping Administration (WSV) therefore digitized all plans at great expense. In the digitization process, about 35,000 documents were fragmented into partial images for technical reasons, which significantly disturb their transfer and use. This work, which is a result of a R&D-project of the Federal Waterways Engineering and Research Institute (BAW), shows that with image stitching, a method from the field of computer vision, the plans can be stitched automatically for the most part. Using a feature-based approach, the relationships between the individual fragments are modeled and aligned in a common image plane. When merging to an overall plan, a seam-based method ensures that the elements in the plan are preserved. It is shown how innovative methods can be used to improve the overall quality of the WSV's inventory documents in an automated manner, and it is discussed how further techniques from the field of computer vision can be used to improve the results even further.

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.

Wasserbauwerke erfahren hohe Beanspruchungen im Wesentlichen infolge Horizontallasten aus Erd- sowie Wasserdruck. Folglich kommt dem Nachweis gegenüber “Gleiten in der Arbeitsfuge” gemäß DIN EN 1992-1-1:2011-01 bei der Bewertung der Standsicherheit v. a. unbewehrter Beton- und Mauerwerkskonstruktionen eine besondere Rolle zu. In den gültigen Berechnungsformeln hierzu bleiben jedoch, insbesondere bei der Annahme der Reibungskoeffizienten, die speziellen Verhältnisse im Verkehrswasserbau unberücksichtigt. Daher befasst sich die Bundesanstalt für Wasserbau (BAW) seit einigen Jahren mit der Sicherstellung versuchstechnischer Grundlagen sowie der Festlegung erforderlicher Randbedingungen zur Bestimmung belastbarer, wasserbauspezifischer Reibungsbeiwerte zum Führen statischer Sicherheitsnachweise. Gleichzeitig fokussieren gezielte Forschungstätigkeiten auf die Herleitung geeigneter Modellmäßigkeiten zur Beschreibung des realitätsnahen Scherwiderstands unbewehrter Wasserbauwerke. Der Beitrag resümiert den aktuellen Erkenntnisstand zum Schertragverhalten in Betonier- bzw. Arbeitsfugen unbewehrter Beton- sowie in Mauerwerksbauten der Bundeswasserstraßen und gibt einen Ausblick auf anvisierte Untersuchungsaspekte. Sowohl Vorgehensweise als auch erarbeitete Auswertungsmethodik der Rahmenscherversuche lassen sich auf verkehrsträger- sowie fachbereichsübergreifende Anwendungen für Neu- und Bestandsbauten sowie für Instandsetzung von Bauwerken übertragen.

Shear-friction behavior in construction joints: status quo of BAW research and first applications to concrete buildings
Hydraulic structures are subjected to high stresses mainly from horizontal loads from earth and water pressure. Consequently, the verification against “sliding in the construction joint” according to DIN EN 1992-1-1:2011-01 plays a special role in the assessment of the stability of plain concrete and masonry structures. However, currently valid constitutive laws disregard the special conditions in hydraulic engineering, specifically for assuming the coefficients of friction. For this reason, the Federal Waterways Engineering and Research Institute (Bundesanstalt für Wasserbau, BAW) has been working for the past few years on the development of experimental methods and on the definition of the necessary boundary conditions to determine reliable, dependable specific friction coefficients for hydraulic engineering constructions with the aim of performance stability structure analyses. At the same time, targeted research activities are focused on the derivation of suitable constitutive laws for the description of the realistic shear-friction resistance of plain concrete hydraulic structures. The article summarizes the current state of knowledge on the shear-friction behavior in cold and construction joints of plain concrete and masonry structures of federal waterways and gives an outlook on planned research aspects. Both the approach and the developed evaluation methodology of the shear tests can be transferred to applications for new and existing structures as well as for the repair of structures across all transport modes and disciplines.

An der historischen Kanalbrücke Minden wurden im Rahmen planmäßiger Zustandsuntersuchungen stellenweise Korrosionserscheinungen an den über 100 Jahre alten, schwer zugänglichen Gelenken der tragenden Bogenkonstruktionen festgestellt. Um einordnen zu können, welchen Einfluss eine eventuelle Schädigung der Gelenke auf das Trag- und Verformungsverhalten des Bauwerks hat, werden parallel zu einer Zustandserfassung sowohl numerische als auch messtechnische Untersuchungen der Kanalbrücke durchgeführt. In einem numerischen Modell wird das planmäßige Trag- und Verformungsverhalten analysiert und qualitativ erfasst. Die gewonnenen Erkenntnisse werden mit im Rahmen der Bauwerksinspektion erhobenen Messdaten sowie mit 3D-Laserscanmessungen verglichen und validiert. Die durchgeführten und geplanten Untersuchungen werden im Beitrag erläutert und der aktuelle Sachstand sowie bisherige Erkenntnisse vorgestellt.

Structural investigations on the historic Minden canal bridge
This article summarizes the structural investigations necessitated by a routine condition inspection of the historic canal bridge in Minden. The load-bearing arches of the bridge are over 100 years old and difficult to access, and some of their joints show signs of corrosion. The influence of possible joint damage on the load-bearing and deformation behavior of the bridge will be determined via numerical and metrological investigations and a condition survey. The numerical models will be calibrated using data from the inspection and from additional three-dimensional laser scan measurements. The investigations carried out and planned are explained in the report and the current state of affairs and previous findings are presented.

Die Wehranlage Geesthacht befindet sich etwa 140 km oberhalb der Elbmündung und wurde in den Jahren 1957-1960 als Bestandteil der Staustufe Geesthacht errichtet. Die Wehranlage staut den Mittellauf der Elbe auf das für die Schifffahrt erforderliche Niveau und bildet die Grenze der Tideelbe. Auf Grundlage umfangreicher Zustandsuntersuchungen am Bauwerksbestand erfolgte eine Voruntersuchung für die Grundinstandsetzung und darauf aufbauend wurde der Entwurf für ein ausgewähltes Wehrfeld ausgearbeitet. Derzeit werden weitergehende hydraulische Untersuchungen durchgeführt. Im nächsten Schritt soll die Grundinstandsetzung für alle Wehrfelder ausgearbeitet werden. Parallel zu den genannten Untersuchungen der Wehrfelder erfolgte die Grundinstandsetzungsplanung für die Ufersicherungsbauten am Südufer der Wehranlage. In diesem Bereich befindet sich auch der Hauptzulauf, über den die Sektoren aller vier Wehrfelder gesteuert werden. Aufgrund der festgestellten erheblichen Defizite wurde entschieden, die erforderliche Erneuerung der Uferwände und den Neubau des Hauptzulaufs im Vorwege der Grundinstandsetzung der Wehrfelder durchzuführen. Die Ersatzneubauten waren so zu konzipieren, dass bisherige Anlagendefizite beim Hauptzulauf behoben werden und dass für den angrenzenden Fischaufstieg spätere Anpassungen zur Verbesserung der ökologischen Durchgängigkeit möglich sind.

Major overhaul of the Geesthacht weir on the river Elbe
The Geesthacht weir is located about 140 km upstream from the mouth of river Elbe and was built between 1957 and 1960 as part of the Geesthacht barrage. The facility consists of four adjustible weir sections and a fixed spillover. The weir system dams the upstream River Elbe to the navigable level and builds concurrently the boundary of the tidal influence downstream. A preliminary investigation for the major overhaul was carried out based on an extensive inspection of the existing structural condition. Based on this, a design for a single weir section was developed. Currently further hydraulic studies are being carried out. The next step is to determine the major overhaul measures for the complete facility. In parallel with the above-mentioned evaluations, the design for restoration of the waterfront structures on the south bank of the weir was carried out. The main inlet for the lock control is also located in this area. Due to substainal structural issues, a renewal of the riverbank retaining walls and the main inlet has to be carried out in advance of the major overhaul measures of the weir itself. The necessary tasks have to be carried out in a way that previous deficits in the main inlet are eliminated and adjustments of the adjacent fishpass are possible.

Der Neubau der 5. Schleusenkammer in Brunsbüttel ist die derzeitig größte Wasserbaustelle Europas und erforderlich, um nachfolgend die bestehenden großen Schleusenkammern instand setzen zu können. Eine Nutzen-Kosten-Analyse ergab den höchsten Nutzwert für den Neubau zwischen den bestehenden großen und kleinen Schleusen, d. h. auf der Schleuseninsel. Durch die Insellage der Baustelle ergeben sich besondere Anforderungen an den Baubetrieb. Generell muss eine Vielzahl von Gewerken koordiniert werden, die u. a. für die Herstellung der tiefen Baugruben, der beton- und stahlbautechnischen Konstruktion der Häupter, der Kammer für seegängige Schiffe und der Vorhäfen erforderlich sind. Des Weiteren ist zu berücksichtigen, dass die Baustelle an der Elbmündung liegt und somit auf Sturmfluten vorbereitet sein muss. Auf diese besonderen Randbedingungen der Baumaßnahme und auf ausgewählte Bauverfahren wird beispielhaft eingegangen. Ein besonderes Augenmerk des Beitrags liegt zudem auf den umfangreichen betontechnologischen Betrachtungen zur Erzielung dauerhafter Massivbaustrukturen. Bei der Entwicklung der Betonrezepturen waren neben der Minimierung von Rissbreiten in massigen Bauteilen Einwirkungen wie Frost- und Chloridangriff zu berücksichtigen. Die zeitweise eingeschränkte Verfügbarkeit von Flugasche gestaltete diese Aufgabe noch komplexer. Zur weiteren Verbesserung der Dauerhaftigkeit wurden in besonders exponierten Bauwerksbereichen wasserabführende Schalungsbahnen eingesetzt.

A look at the challenges of building the 5th lock chamber in Brunsbüttel
The new construction of the 5th lock chamber in Brunsbüttel is currently the largest hydraulic construction site in Europe and is necessary in order to be able to subsequently repair the existing large lock chambers. A benefit-cost analysis showed the highest benefit value for the new construction between the existing large and small locks, i. e. on the lock island. The location of the construction site results in special requirements for construction operations. In general, a large number of crafts have to be coordinated, which are necessary e. g. for the concrete and steel construction of the heads, the chamber for seagoing vessels and the outer harbours. Furthermore, it has to be taken into account, that the construction site is located at the estuary of the Elbe and thus has to be prepared for storm surges. These special boundary conditions of the construction project and selected construction methods are discussed by way of example. A special focus of the article is also on the extensive concrete technology considerations for achieving durable concrete structures. In addition to minimising crack widths in massive concrete elements, other aspects such as resistance against frost and chloride attack had to be considered for developing the concrete composition. The temporarily limited availability of fly ash made this task even more complex. In order to further improve durability, controlled permeability formwork liners were used in parts of the structure with sever exposure.

In den vergangenen Jahren ist ein erhebliches Größenwachstum im Bereich der Großcontainerschiffe (ULCVs) zu beobachten. Durch das Liegen dieser Schiffe mit Windangriffsflächen von bis zu 18.000 m2 an den bestehenden Kaianlagen kann es bei Starkwindsituationen zu Überlastungen der Poller- und Fendersysteme als auch der schiffsseitigen Vertäueinrichtungen kommen. Mit dem Wissen, dass statische Vertäuberechnungen zukünftig zur Beurteilung der Anforderungen an Kaimauern sowie der Vertäueinrichtungen der ULCVs nicht mehr ausreichen, hat die HPA (Hamburg Port Authority) mit externen Partnern die Entwicklung eines cloudbasierten IT-System für dynamische Vertäuanalysen vorangetrieben. Neben der Softwareentwicklung wurde von der HPA das Pollerzugversuchsprogramm entwickelt. Ziel war es, durch unterschiedliche Probebelastungen Grundlagenforschung an existierenden Pollern zu betreiben. Beteiligungen an Ausschüssen der EAU und Arbeitsgruppen der PIANC gehören ebenso dazu wie das internationale JIP-Projekt WINDLASS, in dem die HPA gemeinsam mit Rotterdam und Antwerpen involviert ist. In dem JIP sollen Grundlagen zu lokalen Windfeldern im Hafen ermittelt werden und bei der Beurteilung von Starkwindsituationen unterstützen. Durch die kontinuierliche Weiterentwicklung und den Einsatz des Vertäuprogramms sowohl im Bereich der Großcontainerschiffe als auch zukünftig bei Kreuzfahrtschiffen, RoRo-Schiffen, Bulkern, aber auch Hafenplanungen kann das Sicherheitsniveau im Hamburger Hafen weiter erhöht werden.

The mooring program for the port of Hamburg
Recent years have witnessed a considerable growth in size of ultra large container vessels (ULCVs). Due to the berthing of these vessels with wind-exposed areas of up to 18,000 m2 at the existing quay facilities, strong wind situations can lead to an overload of the bollard and fender systems as well as to the ship-side mooring equipment. Knowing that the static mooring calculations will no longer be sufficient to assess the requirements of quay walls and the mooring systems of ULCVs, HPA (Hamburg Port Authority) and some external partners have promoted the development of a cloud-based IT-system for dynamic mooring analyses. In addition to the software development, HPA has developed a bollard pull test programme. The aim was to conduct basic research on existing bollards through different load tests. This work covered participations in EAU committees and PIANC working groups as well as the international JIP WINDLASS project, where HPA as well as the ports of Rotterdam and Antwerp were involved. The JIP-project aims to determine the basics of the local wind fields in the port and to support the assessment of strong wind situations. Through the continuous development and use of the mooring programme, the level of safety in the Port of Hamburg can be further increased, both in the area of large container ships and in the future for cruise ships, but also ro-ro vessels, bulkers and port planning.