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Autor(en)TitelZeitschriftAusgabeSeiteRubrik
Bergmann, Jean Pierre; Lange, Jörg; Hildebrand, Jörg; Eiber, Mathias; Erven, Maren; Gaßmann, Christof; Chiang, Chen-Hao; Lenz, Claus; Röder, Thorsten; Bashariar, WaisHerstellung von 3D-gedruckten Stahlknoten - Vom Entwurf bis zur Herstellung von StrukturenStahlbau12/2020956-969Aufsätze

Kurzfassung

Es wird ein Einblick in die Vorgehensweise zur Fertigung von Knotenstrukturen im Stahlbau mittels Wire and Arc Additive Manufacturing (WAAM) und der numerischen und experimentellen Untersuchung der Knotenstrukturen gegeben. Ausgehend von der geometrischen Komplexität sich schneidender Profilstäbe aus Stahl werden wesentliche Punkte bei der simulationsgestützten Ermittlung von Knotenstrukturen beschrieben. In Abhängigkeit von den Lastfällen können unterschiedliche Strukturen in der Topologieoptimierung gefunden werden. Für die Herstellung der Knotenstruktur durch das Wire and Arc Additive Manufacturing müssen die numerisch gefundene Geometrie angepasst sowie Varianten der Bahnplanung entwickelt und bewertet werden. Dabei wird auch der Einfluss von Prozessparametern auf Verzug, Endkonturnähe und mechanische Eigenschaften der Bauteile untersucht. Für die Prognose von Spannungs- und Verformungszuständen des Knotens wird eine vereinfachte thermische und mechanische Analyse des Herstellungsprozesses durchgeführt. Weiter wird ein Verfahren für eine In-situ-Bauteilprüfung vorgestellt, welche Prozessunregelmäßigkeiten anhand von Sensordaten erkennt und deren Einflüsse auf die mechanischen Eigenschaften des Bauteils bewertet, wodurch frühzeitig im Prozess Maßnahmen zur Fehlerkorrektur getroffen oder Kosten durch Ausschuss reduziert werden können.

Production of 3D printed steel nodes structures
An insight into the procedure for manufacturing node structures in steel construction using Wire and Arc Additive Manufacturing (WAAM) and the numerical and experimental investigation of the node structures is given. Based on the geometric complexity of intersecting steel profile bars, essential points in the simulation-based determination of node structures are described. Depending on the load cases, different structures can be found via topology optimization. For the production of the node structure by wire and arc additive manufacturing, the numerically found geometry must be adapted and path planning variants have to be developed and evaluated. The influence of process parameters on warpage, near net shape and mechanical properties of the components is also examined. A simplified thermal and mechanical analysis of the manufacturing process is carried out for the prognosis of the stress and deformation states of the node. Furthermore, a method for in-process quality assurance is presented, which recognizes process irregularities on the basis of sensor data and evaluates their influence on the mechanical properties of the component, whereby measures for error correction can be taken early in the process and costs through rejects can be reduced.

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Diller, Johannes; Auer, Ulrich; Radlbeck, Christina; Mensinger, Martin; Krafft, FrankEinfluss der Abkühlrate auf die mechanischen Eigenschaften von additiv gefertigten Zugproben aus 316LStahlbau12/2020970-980Aufsätze

Kurzfassung

Ernst & Sohn Nachwuchspreis bester Vortrag Münchener Stahlbautage 2019
Das pulverbettbasierte Laserstrahlschmelzen (LPBF) ist ein additiver Fertigungsprozess, mit dem steifigkeitsoptimierte Bauteile gewichtsreduziert gefertigt werden können. Die mechanischen Eigenschaften sind vergleichbar mit denen von gegossenen Bauteilen, im Idealfall sogar mit geschmiedeten. In der Luft- und Raumfahrtbranche sowie im Automotive-Bereich und Medizinsektor wird die additive Fertigung bereits eingesetzt. Für sicherheitsrelevante Bauteile wird jedoch die additive Fertigung bisher nur selten verwendet. Dies ist auf die unzuverlässige Reproduzierbarkeit der mechanischen Eigenschaften zurückzuführen. Großer Forschungsbedarf besteht bspw. bei der Verknüpfung von LPBF-Produktionsparametern mit zuverlässigen Produktionsparametern. In diesem Bericht wird der Zusammenhang zwischen Abkühlraten im LPBF-Prozess und den resultierenden mechanischen Eigenschaften von 316L (1.4404) untersucht. Zu diesem Zweck wurden unterschiedliche Probengeometrien additiv gefertigt und die jeweiligen Abkühlraten in situ mittels Thermografie erfasst. Anschließend wurden Zugversuche und metallografische Untersuchungen durchgeführt. Je nach Geometrie der Zugproben konnten verschiedene Abkühlraten nachgewiesen werden, die schlussendlich zu unterschiedlichen Zugfestigkeiten führten.

Effect of cooling rate on the mechanical properties of 316L tensile specimen, manufactured by Laser Powder Bed Fusion
Laser-Powder Bed Fusion (LPBF) is an additive manufacturing process, which allows weight savings of components through structural optimization without loss of stiffness. The mechanical properties are comparable with casted and - under ideal conditions - even with forged components. In the aerospace industry, as well as in the automotive and medical sector, LPBF is already applied. However, LPBF has only been used for components which are not safety-related. This is mainly due to the unreliable reproducibility of the mechanical properties of this process. Research has to be executed to find correlations between LPBF-parameters and reliable product properties. This report investigates the relationship between cooling rates in the LPBF process and the resulting mechanical properties of 316L (1.4404). For this purpose, different sample geometries were manufactured. The respective cooling rates were measured by in-situ-thermography. After that, tensile tests and metallurgical investigations were performed. Depending on the geometry, different cooling rates were observed, which finally led to different tensile strength results.

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Lange, Jörg; Feucht, Thilo; Erven, Maren; Waldschmitt, Benedikt; Oechsner, Matthias; Klein, Marcus; Schudlich, Anna-Katharina3D-Druck im Stahlbau - additive Fertigung von Details, Verbindungen und BauteilenStahlbau12/2020981-991Aufsätze

Kurzfassung

Die vollautomatische Fertigung ist in der Stahlbauindustrie angekommen. Zwar gibt es erst sehr wenige Firmen, die Stahlbauteile komplett von Robotern zusammenbauen lassen, aber der Mangel an Facharbeitern verbunden mit einem kontinuierlichen Fortschritt in der Maschinentechnik führt zu einem kontinuierlichen Zuwachs in diesem Bereich. So kann z. B. ein Roboter eine Fußplatte oder eine Steife an eine Stütze halten, während der zweite die Schweißnähte fertigt. Schweißroboter können darüber hinaus mithilfe des 3D-Druckverfahrens WAAM (Wire and Arc Additive Manufacturing) Details (Steifen), Knotenpunkte, Bauteile (insbesondere mit außergewöhnlichen Geometrien) und ganze Bauwerke herstellen. Der Schweißdraht wird hierbei als Druckwerkstoff eingesetzt, sodass es sich im Prinzip um eine Auftragsschweißung handelt. Hierdurch kann nicht nur die Logistik im Fertigungsbetrieb vereinfacht werden, da Steifen oder andere Anschlusselemente nicht mehr vorab zugeschnitten und an den Zusammenbauplatz geliefert werden müssen. Es können sich auch neue, dem Kraftfluss entsprechende Geometrien ergeben. Dadurch wird ein ganz anderes Konstruieren als bisher ermöglicht. Der vorliegende Beitrag zeigt, neben einem kurzen Überblick über das WAAM, einige Fertigungsbeispiele aus Forschungsprojekten des Fachgebiets Stahlbau der TU Darmstadt, sich aus der Optimierung ergebende neue Lösungen für alte Probleme und die erste Brücke, die komplett an ihrem Einsatzort gedruckt wurde.

3D printing with steel - additive manufacturing of details, connections and members
Fully automated production has arrived in the fabrication of structural steel. Although there are only very few companies that have steel components completely assembled by robots, the lack of skilled workers combined with continuous progress in the technology has led to a steady growth in this area. For example, one robot holds a base-plate or a stiffener to a column while the second one welds the seams. Welding robots can also use WAAM (Wire and Arc Additive Manufacturing) to produce details (stiffeners), connections, components (especially with unusual geometries) and entire structures. The wire electrode serves as printing material. This not only simplifies the logistics in the fabrication, since stiffeners or other connecting elements no longer have to be cut to size in advance and delivered to the assembly site. It also results in new shapes that require a new design process, in accordance with the flow of forces and in an optimised manner. This paper shows, besides a short overview of WAAM, some built examples from research projects of the department of steel construction of TU Darmstadt, new solutions for old problems resulting from the optimization, and the first bridge which was completely printed on site.

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Pinger, Thomas; Müller, Thomas; Kaucke, Christoph; Straetmans, Boris; Wessel, WaldemarVerzinkbarkeit höher- und hochfester MSH-ProfileStahlbau12/2020992-1002Aufsätze

Kurzfassung

Die Feuerverzinkung von Stahlbauteilen ist zur Gewährleistung eines dauerhaften Korrosionsschutzes seit Jahrzehnten bekannt und etabliert. Auch für warmgewalzte Rohre und Hohlprofile ist dieses Verfahren von Vorteil, da durch das Eintauchen in die Zinkschmelze sowohl die äußere wie auch die innere Oberfläche des Bauteils mit einer Zinkschicht vollständig überzogen und geschützt wird. Die im Zuge des Verzinkungsprozesses auftretenden Ein- und Wechselwirkungen sind im Hinblick auf die Stahlkonstruktion und den verbauten Stahl selbst, bisher üblicherweise normalfeste Stähle, gut bekannt. Mit dem zunehmenden Aufkommen und Einsatz von höher- und hochfesten Stählen stellt sich die Frage, ob die vorliegenden Erkenntnisse im Hinblick auf die Einflüsse der Verzinkung auch auf diese Stähle übertragen werden können und die Verzinkbarkeit bestätigt werden kann. Im Zuge einer ausführlichen Versuchskampagne wurde hierzu an sechs Stahlwerkstoffen die Auswirkung der Feuerverzinkung auf die mechanischen Werkstoffeigenschaften und die Ausbildung der Zinkschicht untersucht. Die erzielten Ergebnisse werden im vorliegenden Beitrag vorgestellt.

Galvanizing of high-strength MSH sections
Batch hot-dip galvanizing of steel components has been known and established for decades to ensure permanent corrosion protection. This process is also advantageous for hot-rolled tubes and hollow sections, as by immersion in the molten zinc, both the outer and the inner surface of the component is completely coated with a zinc layer and thus protected. The impact and interactions occurring during the galvanizing process are well known with regard, to the steel structure and the steel itself, which up to now has usually been normal strength steel. With the increasing spread of high-strength steels, the question arises, whether the available findings with regard to the influence of the galvanizing process can be transferred and confirmed to these steels. In the course of an extensive test campaign, the effect of hot-dip galvanizing on the mechanical material properties and the formation of the zinc layer was examined on six steel materials. The results obtained are presented in this paper.

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Analysis of fatigue test data to reassess EN 1993-1-9 detail categoriesStahlbau12/20201002Empfehlungen der Redaktion

Kurzfassung

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Wegener, Filip; Seidel, Marc; Glienke, Ralf; Marten, Frithjof; Schwarz, MathiasNumerische Simulation von Vorspannkraftverlusten in RingflanschverbindungenStahlbau12/20201003-1015Aufsätze

Kurzfassung

Die Betriebsbeanspruchung von Schrauben in Ringflanschverbindungen zur Verbindung von Tragstruktursektionen von Windenergieanlagen wird maßgeblich durch die vorhandene Pressung in der Flanschkontaktfuge beeinflusst, welche durch die eingebrachte Schraubenvorspannkraft erzielt wird. Unter den vorliegenden Belastungen im laufenden Betrieb der Anlage besteht die Möglichkeit, dass durch Plastifizierung im Flansch oder in der Schraube Vorspannkraft verloren geht. In diesem Beitrag wird anhand eines praxisnahen Beispiels gezeigt, ob und - wenn ja - in welcher Größenordnung Vorspannkraftverluste zu erwarten sind und durch welche Einflussfaktoren diese maßgeblich bestimmt werden. Hierzu werden verschiedene Last- und Vorspannkraftniveaus sowie unterschiedliche Imperfektionen in Form von Parallelklaffungen untersucht. Auf Basis der durchgeführten numerischen Untersuchungen kann festgehalten werden, dass Vorspannkraftverluste nur in geringer Höhe auftreten und eine hohe Vorspannkraft sich stets positiv auswirkt, auch wenn sich dadurch erste Plastifizierungseffekte schon auf einem niedrigeren Lastniveau einstellen.

Numerical simulation of preload losses of bolts in ring flange connections
The fatigue performance of bolts in ring flange connections of wind turbine support structures is significantly influenced by the preload level of the bolts. Under operational loading there is a possibility that pre-tension force is lost due to plastification in the flange or in the bolt. This paper uses a practical example to show the magnitude of such losses and the factors that can significantly influence them. Different load levels, preload forces and different imperfections (parallel gaps) are examined. As a result of the investigations, it can be stated that the preload loss only occurs with a low magnitude and that a high preload always has a positive effect, even if this causes the first plastification at a lower load level.

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Feldmann, Markus; Citarelli, Sandro; Münstermann, Sebastian; Könemann, MarkusAUBI-äquivalente Anforderungen an die Zähigkeitshochlage aus Versuchen und SchädigungssimulationenStahlbau12/20201016-1026Aufsätze

Kurzfassung

Seit mehr als zehn Jahren ist der Aufschweißbiegeversuch (AUBI) für eine Reihe von Fällen, insbesondere für Feinkornbaustähle, nicht mehr verpflichtend. Die hierzu durchgeführten Untersuchungen hatten allerdings nur eine empirisch begründete Korrelation mit der Kerbschlagarbeit hervorgebracht. So fehlt nach wie vor eine Klärung der werkstoffmechanischen Zusammenhänge, denen nachzugehen es die Aufgabe der hier vorgestellten Untersuchungen war. Hierzu wurde auf hybride Modelle der Schädigungsmechanik zurückgegriffen, die die numerische Simulation des AUBI unter Berücksichtigung von sowohl Spaltbruch als auch Gleitbruch und damit auch des Übergangsbereichs erlauben. Damit kann der AUBI wesentlich genauer analysiert werden. Man ist so in der Lage, eine werkstofftechnische Korrelation zur Kerbschlagarbeit zu begründen, was die Vorhersage des AUBI-Versuchs erlaubt. Ein wichtiges Ergebnis ist, dass die resultierenden Anforderungen an die Hochlagenzähigkeit auch bei konstant gehaltenen AUBI-Biegewinkeln für verschiedene Stahlsorten deutlich unterschiedlich sind. Solche Anforderungen an die Hochlagenzähigkeit werden zur Entfaltung der Grenztraglasten im ULS erforderlich, insbesondere dort, wo mit Anrissen zu rechnen ist, z. B. im Brückenbau.

Equivalent upper shelf toughness requirements for weld bead bend test (AUBI) substitution
For about more than ten years, in Germany, the weld bead bending test, the so called “Aufschweißbiegeversuch” (AUBI), has been abolished for a series of cases, especially for fine grain structural steels. However, the corresponding investigations had revealed only an empirical correlation with charpy energy on upper shelf. The material and mechanical interactions so far, had not been clarified. So it was the task to bring light into the complexity of upper shelf toughness and AUBI using hybrid damage models and taking into account of both brittle cleavage and tough ductile failure. This allows the simulation of lower and upper shelf behaviour including the transition range. As a result, now the AUBI can be analyzed far better as we are able to establish a material-mechanically justified correlation with the charpy energy. Interestingly, it revealed that the resulting upper shelf toughness requirements for constant bending angles are different for different steel grades. Such requirements for upper shelf toughness are necessary for the development of the ultimate loads in the ULS, especially for bridges or other structures, where cracks are to be expected.

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Stahlbau aktuell 12/2020Stahlbau12/20201027-1031Stahlbau aktuell

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Aktuelles:
Dr.-Ing. Heinrich Bökamp ist neuer Präsident der Bundesingenieurkammer
Ingenieurbaukunst - Engineering Made in Germany erschienen
Bundesverband Deutscher Stahlhandel - Research: Ausgeprägte Sommerpause
Durchschnittliche BDSV-Lagerverkaufspreise für Stahlschrottsorten in Deutschland
STAHLBAU QUIZ
Das Stahlbau Quiz geht in die zweite Runde

Tagungen & Veranstaltungen:
Neue Online-Live-Seminar-Serie mit Prof. Franti&scaron,ek Wald erfolgreich gestartet
STCO Online-Live-Seminar #2 mit Prof. Knobloch, Prof. Kuhlmann und Prof. Taras: Structural member stability in the second generation of Eurocode 3
Fortbildungsseminar zum Buch: FEM im Stahlbau

Einen Besuch wert:
KPMG Luxemburg

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Kongresse - Symposien - Seminare - MessenStahlbau12/20201032Veranstaltungskalender

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Ernst & Sohn (Hrsg.)UBB 12/2020 - GesamtausgabeUnternehmerBrief Bauwirtschaft12/20201-36Gesamtausgabe

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Titelbild: Bautechnik 11/2020Bautechnik11/2020Titelbild

Kurzfassung


Zum Titelbild:
Das erstes modulare Wohngebäude der Leverkusener Wohnungsgesellschaft WGL ist seit einem Jahr in Betrieb. Es wurde im Mai 2019 in der Zschopaustraße im Stadtteil Rheindorf von ALHO realisiert. In direkter Nachbarschaft ist in der Unstrutsraße inzwischen auch der 2. Bauabschnitt des Projekts fertiggestellt worden. Nach Übernahme der Planung und gewonnener Ausschreibung oblag ALHO als Generalübernehmer auch die Realisierung sowie das Engineering der bauseits erstellten massiven Teilunterkellerungen. Aufgrund der im ersten Bauabschnitt gesammelten Erfahrungen, konnte in der Konzeption des 2. Bauabschnitts auf einen Wohnungs-Modulbaukasten zurückgegriffen werden, welcher die Bauzeit einer nichtmodularen Bauweise halbierte. (Foto: ALHO)

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Inhalt: Bautechnik 11/2020Bautechnik11/2020Inhalt

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Ernst & Sohn (Hrsg.)Sonderheft: BIM - Building Information Modeling 2020Bautechnik11/20201-148Sonderheft

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Müller, Thoralf; Ebell, Gino; Burkert, AndreasRisiko der Wasserstoffentwicklung an martensitischen Schraubankern unter baupraktischen Bedingungen - Untersuchungsbericht der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfungBautechnik11/2020749-755Aufsätze

Kurzfassung

Die vorliegende Untersuchung beschäftigt sich mit der Fragestellung, ob unter praxisrelevanten Bedingungen die Entstehung von Wasserstoff an vollmartensitischen Schraubankern möglich ist. Im Gegensatz zu austenitischen Werkstoffen besteht bei martensitischen Werkstoffen bei Gegenwart von Wasserstoff stets die Möglichkeit einer wasserstoffinduzierten Versprödung des Materials. Hierfür wurde ein in der Praxis häufig anzutreffendes Szenario gewählt, das ein galvanisches Element, bestehend aus nichtrostenden Schraubankern (in diesem Fall martensitischen) und einer verzinkten Ankerplatte an einem Betonkörper, umfasst. Zum Nachweis einer Wasserstoffentwicklung werden der Elementstrom zwischen den Bauteilen sowie das Korrosionspotential erfasst. Die Ergebnisse der Versuche zeigen, dass über eine zeitlich begrenzte Dauer eine starke kathodische Polarisation der martensitischen Schraubanker durch die korrosive Auflösung des Zinks erfolgt. Als Folge kommt es zur Wasserzersetzung im Phasengrenzbereich der Schraubanker und zur Entstehung von atomarem Wasserstoff. Das berechnete Gasvolumen des entstandenen Wasserstoffs an den Stahlankern wurde bestimmt und lag im Mittel bei 11,14 ± 1,94 ml. Eine Diffusion des an der Stahloberfläche adsorbierten Wasserstoffs in den martensitischen Werkstoff ist somit theoretisch möglich und impliziert eine mögliche Gefährdung durch wasserstoffinduzierte Rissbildung und spontanes Versagen unter Belastung.

Risk of hydrogen evolution on martensitic screw anchors under practical construction conditions
The present investigation deals with the question of whether the formation of hydrogen is possible on fully martensitic screw anchors under practical conditions. In contrast to austenitic materials, martensitic steels always have the possibility of hydrogen-induced embrittlement of the material in the presence of hydrogen. For this purpose, a scenario was chosen which is frequently encountered in practice and which comprises a galvanic element consisting of stainless screw anchors (in this case martensitic) and a galvanized anchor plate on a concrete body. The element current between the components as well as the corrosion potential are recorded to prove hydrogen development. The results of the tests show that a strong cathodic polarization of the martensitic screw anchors occurs over a limited period due to the corrosive dissolution of the zinc. As a result, water decomposition occurs in the phase boundary area of the screw anchors and atomic hydrogen is formed. The calculated gas volume of the resulting hydrogen at the steel anchors was determined and was 11.14 ± 1.94 ml on average. Diffusion of the hydrogen adsorbed on the steel surface into the martensitic material is thus theoretically possible and implies a possible risk of hydrogen-induced crack formation and spontaneous failure under load.

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El-Deib, Khaled; Butenweg, Christoph; Klinkel, SvenErdbebennachweis von Mauerwerksbauten mit realistischen Modellen und erhöhten VerhaltensbeiwertenBautechnik11/2020756-765Aufsätze

Kurzfassung

Die Anwendung des linearen Nachweiskonzepts auf Mauerwerksbauten führt dazu, dass bereits heute Standsicherheitsnachweise für Gebäude mit üblichen Grundrissen in Gebieten mit moderaten Erdbebeneinwirkungen nicht mehr geführt werden können. Diese Problematik wird sich in Deutschland mit der Einführung kontinuierlicher probabilistischer Erdbebenkarten weiter verschärfen. Aufgrund der Erhöhung der seismischen Einwirkungen, die sich vielerorts ergibt, ist es erforderlich, die vorhandenen, bislang nicht berücksichtigten Tragfähigkeitsreserven in nachvollziehbaren Nachweiskonzepten in der Baupraxis verfügbar zu machen. Der vorliegende Beitrag stellt ein Konzept für die gebäudespezifische Ermittlung von erhöhten Verhaltensbeiwerten vor. Die Verhaltensbeiwerte setzen sich aus drei Anteilen zusammen, mit denen die Lastumverteilung im Grundriss, die Verformungsfähigkeit und Energiedissipation sowie die Überfestigkeiten berücksichtigt werden. Für die rechnerische Ermittlung dieser drei Anteile wird ein nichtlineares Nachweiskonzept auf Grundlage von Pushover-Analysen vorgeschlagen, in denen die Interaktionen von Wänden und Geschossdecken durch einen Einspanngrad beschrieben werden. Für die Bestimmung der Einspanngrade wird ein nichtlinearer Modellierungsansatz eingeführt, mit dem die Interaktion von Wänden und Decken abgebildet werden kann. Die Anwendung des Konzepts mit erhöhten gebäudespezifischen Verhaltensbeiwerten wird am Beispiel eines Mehrfamilienhauses aus Kalksandsteinen demonstriert. Die Ergebnisse der linearen Nachweise mit erhöhten Verhaltensbeiwerten für dieses Gebäude liegen deutlich näher an den Ergebnissen nichtlinearer Nachweise und somit bleiben übliche Grundrisse in Erdbebengebieten mit den traditionellen linearen Rechenansätzen nachweisbar.

Seismic verification of masonry buildings based on realistic calculation models and increased behavior factors
With the application of the traditional linear verification concept to masonry structures it is already no longer possible to carry out structural safety verifications even for buildings with standard ground plan configurations in areas with moderate seismicity. This problem will be exacerbated in Germany with the introduction of continuous probabilistic earthquake maps. Due to the increased seismic actions, it is necessary to make the existing load-bearing capacity reserves that have not yet been taken into account available in comprehensible verification concepts in construction practice. This article presents a concept for the building-specific determination of increased behavior factors. The behavior factors are composed of three components, which take into account the load redistribution in ground plans, the deformation capability and energy dissipation and all kinds of overstrength effects. For the calculation of these three components, a non-linear verification concept based on pushover analyses is applied, in which the interactions of walls and floor slabs are described by a level of restraint. A non-linear modeling approach of the overall building is introduced for the determination of the restraint levels, with which the interaction of walls and floor slabs can be simulated. The results of the linear verifications with increased behavior factors for this building are significantly closer to the results of non-linear verifications and thus the standard ground plan configurations in areas with moderate seismicity can still be verified with the traditional linear calculation approaches.

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Glasfaserbeton - Konstruieren und BemessenBautechnik11/2020765Nachrichten

Kurzfassung

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Li, Zheng; Pasternak, HartmutStatistischer Maßstabseffekt und seine Bedeutung für die Zuverlässigkeit im Stahlbau - Teil 1 - Modell und VersuchBautechnik11/2020766-772Aufsätze

Kurzfassung

Mikroskopische Imperfektionen im Werkstoff führen dazu, dass die Werte mechanischer Eigenschaften von Bauteilen gewissen Auftretenswahrscheinlichkeiten unterliegen. Mit zunehmendem Volumen erhöht sich die Anzahl der mikroskopischen Defekte, was sich direkt in einer veränderten makroskopischen Festigkeit niederschlägt. Dieses Phänomen ist unter der Bezeichnung statistischer Maßstabseffekt bekannt. Eine solche Maßstabsabhängigkeit kann durch ein stochastisches Werkstoffmodell gut erfasst werden. In diesem Beitrag wurde das Bündel-Kettenglied-Modell, das auf einem stochastischen Werkstoffmodell nach Weibull- und Lognormalverteilung basiert, entwickelt und eine Möglichkeit zur Bestimmung des statistischen Maßstabseffekts durch numerische Verfahren angegeben. Um den statistischen Maßstabseffekt im Stahlbau zu demonstrieren, werden die Biegeversuche mit unterschiedlichen Probengrößen durchgeführt. Dieser Beitrag beschreibt - als erster von zwei Teilen - Forschungsergebnisse über den statistischen Maßstabseffekt und die entsprechende Zuverlässigkeit im Stahlbau.

Statistical size effect and corresponding influence for reliability in steel structures - part 1: model and experiment
In steel structures, the elastic and plastic design is widely used. At the same time, it is certain that the yield strength of steel is variable because of uncertainties and spatial variability in nature. If the volume of structural component increases, the number of microscopic defects correspondingly increases, so that the macroscopic material strength also changes. This phenomenon is called statistical size effect. A new stochastic material model, which is based on Weibull and lognormal distribution, is proposed and a possibility for determining the statistical size effect by numerical methods is developed. To demonstrate the statistical size effect in steel structures, bending tests are carried out with different specimen sizes. This paper presents - as the first of two parts - research results about the statistical size effect and the corresponding reliability in steel structures.

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Potenziale im Bau- und Wohnungswesen nutzen: Klimaschutz- und Sanierungsmanager setzen auf gemeinsames Handeln beim kommunalen KlimaschutzBautechnik11/2020772Nachrichten

Kurzfassung

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Li, Zheng; Loebjinski, Maria; Pasternak, HartmutStatistischer Maßstabseffekt und seine Bedeutung für die Zuverlässigkeit im Stahlbau - Teil 2 - ZuverlässigkeitsanalyseBautechnik11/2020773-779Aufsätze

Kurzfassung

In Memoriam Prof. Dr.-Ing. Dr.-Ing. E. h. Joachim Scheer
Der vorliegende Beitrag beschreibt - als zweiter von zwei Teilen - Forschungsergebnisse über den statistischen Maßstabseffekt und die entsprechende Zuverlässigkeit im Stahlbau. In diesem Beitrag wird der Einfluss der maßstabsabhängigen Festigkeitsverteilung auf die Zuverlässigkeitsanalyse und die Bemessung von Stahlbauteilen unter der Berücksichtigung eines linearen Versagensgrenzzustands diskutiert. Mithilfe der vereinfachten Annahme einer normalverteilten Last werden Berechnungsbeispiele für den 3-Punkte- und 4-Punkte-Biegeversuch durchgeführt, um die Änderung des Zuverlässigkeitsindex zu demonstrieren. Die Berechnungsergebnisse zeigen, dass der statistische Maßstabseffekt direkt zu einem maßstabsabhängigen Zuverlässigkeitsindex führt, der in den meisten Fällen eine vernünftige Abschätzung des Versagensrisikos liefern kann.

Statistical size effect and corresponding influence for reliability in steel structures, part 2 - reliability analysis
This paper presents - as the second of two parts - research results about the statistical size effect and the corresponding reliability in steel structures. In this paper, the influence of the size effect on the reliability analysis and the design of steel structural components are discussed based on a linear failure limit state. The calculation examples for 3-point and 4-point bending tests are carried out applying a Gaussian load as a simplification. The results show that the statistical size effect leads directly to a size-dependent reliability index, which in most cases can provide a reasonable estimate of the failure risk.

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Flora, Matthias; Fröch, Georg; Gächter, WernerOptimierung des Baumanagements im Untertagebau mittels digitaler Infrastruktur-InformationsmodelleBautechnik11/2020780-788Aufsätze

Kurzfassung

Die bisherigen Anwendungen neuer digitaler Methoden (BIM) im Infrastrukturbau lassen die Erkenntnis reifen, dass ein reines Bauwerksmodell für die ambitionierten Ziele eines optimierten Planungsprozesses und in weiterer Folge einer optimierten Bauabwicklung nicht ausreichend ist. Es bedarf zweier zusätzlicher Modellierungen: jener des Baugrunds und jener der Baustelle. Im Infrastruktur- und vor allem Untertagebau sind der Baugrund und dessen Interaktion mit dem Bauwerk von enormer Bedeutung. Deshalb gilt es diesen anhand eines Baugrundmodells entsprechend abzubilden und damit dem Idealfall eines digitalen Zwillings gerecht zu werden. Die Modellierung des Baugrunds geht über eine rein dreidimensionale geometrische Darstellung hinaus und hat der BIM-Methode zu folgen, nämlich Volumenkörpern Informationen und Merkmale zuzuweisen. Darüber hinaus zeigen laufende internationale Großprojekte deutlich, dass die Optimierung baubetrieblicher Aspekte, eine sorgfältige Planung der Baustelleneinrichtung und eine konsequente Auslegung der Logistik eine maßgebliche Rolle für die Produktionsleistung der Vortriebe und damit für eine erhöhte Kosten- und Terminsicherheit einnehmen. Deshalb wird von den Autoren in diesem Beitrag die Einführung eines Infrastruktur-Informationsmodells vorgestellt, welches die drei Teilmodelle Baugrund, Bauwerk und Baustelle beinhaltet. Dabei wird der Schwerpunkt exemplarisch auf den Hohlraumbau, genauer auf den maschinellen Tunnelvortrieb, gelegt.

Optimization of construction management in underground construction using digital infrastructure information models
The previous applications of new digital methods (BIM) in infrastructure construction have led to the realization that merely a building information model is not sufficient for the ambitious goals of an optimized planning process and, as a result, optimized construction management. Two additional models are needed: that of the ground and that of the construction site. In infrastructure and above all in underground construction, the ground and its interaction with the structure work are of enormous importance. It is therefore necessary to map it accordingly using a ground model and thus to do justice to the ideal case of a “digital twin”. The modeling of the ground goes beyond a mere three-dimensional geometrical representation and has to do justice to the BIM method, namely to assign information and characteristics to volume bodies. In addition, ongoing major international projects clearly show that the optimization of construction operation aspects, careful planning of jobsite equipment and a consistent design of logistics play a decisive role in the production performance of tunnelling and thus in increased cost and schedule security. Therefore, the authors present in this paper the introduction of an infrastructure information model, which contains the three submodels ground, building and construction site. The main focus will be on underground construction, more precisely on mechanized tunnelling.

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Mold, Lisa; Auer, Mathias; Strauss, Alfred; Hoffmann, Markus; Täubling, BenjaminThermografie zur Erfassung von Schäden an BrückenbauwerkenBautechnik11/2020789-801Aufsätze

Kurzfassung

Betonbauwerke wie Brücken sind ein wesentlicher Bestandteil des Straßennetzes. Um die Sicherheit und Gebrauchstauglichkeit einer Brücke zu gewährleisten, sind regelmäßige, z. T. aufwendige Inspektionen und Untersuchungen erforderlich, um Schäden an einem Bauwerk frühzeitig zu erkennen. Mit innovativen zerstörungsfreien Untersuchungsmethoden ist es möglich, den Schadenserkennungsprozess von Bauwerken zeitlich und kostenmäßig zu optimieren.
In der Vergangenheit wurden bereits Drohnen für Oberflächenaufnahmen von Brücken mit Laserscan oder digitaler Bildgebung eingesetzt, um Schäden wie Risse und Abplatzungen zu erkennen. Diese Methoden sind zeitsparender als die herkömmlichen, komplexeren Verfahren zur Sichtprüfung. Um auch Schäden unter der Oberfläche mittels Flächenaufnahmen nachweisen zu können, wurde ein vielversprechender Ansatz - die Thermografie - untersucht. Ein großer Vorteil der Thermografie ist die flexible Einsatzmöglichkeit und zerstörungsfreie Anwendung am Bauwerk. Die Methode ermöglicht eine thermografische Aufzeichnung der gesamten Brücke. Durch Temperaturunterschiede auf der Oberfläche können Schäden wie Delamination, Hohlräume und Feuchtigkeitsstellen im Beton erkannt werden. Um die Zuverlässigkeit dieser Methode zur Erkennung der genannten Schäden gewährleisten zu können, wurden die Erkennungsgenauigkeiten und -grenzen ermittelt. Zu diesem Zweck wurden Tests an Betonproben durchgeführt, die Delamination, Hohlräume und feuchte Bereiche in unterschiedlichen Größen und Tiefen im Beton aufwiesen. Während der Tests wurden die Betonproben aktiv erhitzt. Im Laufe des Abkühlvorgangs erfolgte die Aufnahme der Oberfläche mit der Wärmekamera. Die Erstellung von nichtlinearen Finite-Elemente-Modellen der Testkörper ermöglichte weitere Variationen der Geometrien und der Temperaturen der Betonproben. Mittels der erhaltenen Daten konnte die Detektionswahrscheinlichkeit der untersuchten Schäden ermittelt und eine Empfehlung für die Anwendung dieser Methode gegeben werden.

Thermography for damage detection on bridge structures
Concrete structures such as bridges are an essential part of road networks. In order to guarantee the usability and the safety of a bridge, it is necessary to carry out regular, sometimes cost effective inspections and investigations in order to be able to detect damages at a structure at an early stage. With innovative non-destructive investigation methods, it is possible to optimize the damage detection process of structures in terms of time and cost.
In the past, drones were used to record the surface of bridges using laser scanning or digital imaging to detect damages such as cracks and spalling. These methods are more time-saving than the conventional, more complex procedures of visual inspection. In order to be able to also detect damages below the surface by means of areal recordings, a promising approach - thermography - is investigated. A big advantage of thermography is the flexible and non-destructive application. The method allows a thermographic recording of the entire bridge. By means of temperature differences on the surface, damages such as delamination, voids and moisture spots in the concrete can be detected. In order to be able to guarantee the reliability of this method for the detection of the mentioned damages, the recognition accuracies and limits were determined. For this purpose, tests were carried out on concrete samples that showed delamination, voids and wet areas of different sizes and depths in the concrete. The concrete samples were actively heated. During the cooling process, the surface was recorded with the thermal camera. The modelling of the test specimens allowed further variations of the geometries and temperatures. From the obtained data, the probability of detection of the examined damages was determined and a recommendation for the application of this method could be given.

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denkmal und MUTEC 2020 können nicht stattfindenBautechnik11/2020801Veranstaltungen

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Gabor, NadineBeeinflussbarkeit einer Staubentwicklung bei der maschinellen Rückholung tiefengelagerter AbfallgebindeBautechnik11/2020802-808Berichte

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Die weltweite Tiefenlagerung von radioaktiven Abfällen in der Tiefe war in der Vergangenheit nicht auf eine Rückholbarkeit der Abfälle ausgelegt, sondern auf eine Endlagerung dieser. Entsprechend wurden die nach der Einlagerung verbleibenden Hohlräume tw. mit Versatzmaterial verfüllt, welches u. a. der Stabilisierung des Grubengebäudes dient. Sollen die Abfälle trotzdem wieder rückgeholt werden - oder rückgeholt werden müssen - stellt ebendieses Versatzmaterial ein beachtenswertes Problem dar. Vorversuche am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) konnten bereits aufdecken, dass die Staubentwicklung bei der Bearbeitung des Versatzmaterials Salzbeton die Arbeiten nicht nur im Hinblick auf die Fernhantierbarkeit behindert. Auch besteht im evtl. kontaminierten Bereich unter Tage die Gefahr einer Kontaminationsverschleppung, sollte dieser Staub nicht direkt am Entstehungsort aufgefangen werden. Vor dem Hintergrund einer notwendigen Rückholung von Abfallgebinden aus einem Tiefenlager wurden kleinmaßstäbliche Versuche an nachgebildeten Versatzmaterialien durchgeführt, um Erkenntnisse über die Beeinflussbarkeit der Staubentwicklung bei der Bearbeitung von Salzbeton gewinnen zu können.

Interference of dust formation during mechanical retrieval of deep-stored waste drums
To date, radioactive waste is being stored in geological repositories around the globe. The choice of these repositories was dominantly influenced by the concept of final waste storage and not the idea of its recovery. In the case of necessary waste recovery at a later point in time, the stowing material used to stabilize the cavities resulting from the waste storage process will pose significant problems. Preliminary tests with salt concrete at the Karlsruhe Institute of Technoloy (KIT) have already revealed some of the problems the material poses when used as stowing material. For example, the dust formation resulting from salt concrete treatment inhibits remote-controlled processes as well as other tasks. It is to be expected that the areas below ground are radioactively contaminated and that the dust, if it cannot directly be collected, will disperse contamination. This report describes the small-scale tests taken on reproduced stowing material to achieve scientific data and gain practical insight on how to influence dust formation when working with salt concrete.

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Bautechnik aktuell 11/2020Bautechnik11/2020809-814Bautechnik aktuell

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Persönliches:
Fritz Wenzel (1930-2020)

Nachrichten:
Additive Fertigung: Neues Laboratorium kann Beanspruchungen von Bauteilen realitätsnah simulieren

Veranstaltungen:
Symposium IngD4C am 24. November in Berlin + online: Klimaschutz, Ressourceneffizienz und wie weiter?

Zuschriften:
Ergänzende Erläuterungen zu den technischen Risiken bei der Anwendung des Instandsetzungsprinzips W-Cl

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Kongresse - Symposien - Seminare - MessenBautechnik11/2020815Veranstaltungskalender

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