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Nachhaltig produzieren - zirkulär denkenBautechnik10/2022745Nachrichten

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Storm, Johannes; Chihadeh, Ahmad; Graf, Wolfgang; Kaliske, MichaelLastfall Impakt - Modellierung hochdynamischer Antworten von Strukturen aus bewehrtem Beton - 25. Dresdner Baustatik-Seminar - "Realität - Modellierung - Tragwerksplanung"Bautechnik10/2022746-757Aufsätze

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Die Berechnung dynamischer Versagensprozesse in Tragstrukturen ist eine ingenieurtechnische Herausforderung und Triebkraft der methodischen Entwicklung. Im Beitrag werden numerische Modelle für spröden Materialbruch und die partielle Ablösung der Bewehrung bei impulsartiger Bauteilbeanspruchung behandelt. Für das Versagen in Grenzschichten werden Methoden zur Reduktion des Rechenaufwands gezeigt. Grundlegend neue Ansätze sind aus der Forschung zur Rissberechnung hervorgegangen und werden mit einigen Beispielen vorgestellt. Der vorliegende Beitrag wurde am 15. Okt. 2021 im Rahmen des 25. Dresdner Baustatik-Seminars präsentiert.

Loadcase impact - modeling of highly dynamic deformation behavior of reinforced concrete structures
The challenging calculation of dynamic fracture processes is driving the development of novel computational methods. In this contribution, models for brittle fracture and partial delamination of reinforcements at impact loading are discussed. Methods for the reduction of computational effort in describing interface failure are shown. The recent developments in modeling of fracture mechanics have yield novel approaches for crack nucleation and propagation, which are discussed by several examples.

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Kloft, Harald; Dörfler, Kathrin; Bährens, Meike; Dielemans, Gido; Diller, Johannes; Dörrie, Robin; Gantner, Stefan; Hensel, Jonas; Keune, Anna; Lowke, Dirk; Mai, Inka; Mainka, Jeldrik; Placzek, Gerrit; Saile, Bettina; Scharf-Wildenhain, Ronny; Schwerdtner, Patrick; Kock, Sebastian; Siebert, Dorina; Talke, Daniel; Wenzler, DavidDie Forschungsinfrastruktur des SFB TRR 277 AMC Additive Fertigung im BauwesenBautechnik10/2022758-773Berichte

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Die globalen Herausforderungen unserer Zeit sind der Klimawandel, das Bevölkerungswachstum und die Reduzierung des Ressourcenverbrauchs. Für das Bauwesen bedeutet dies, in den kommenden Jahrzehnten mehr zu bauen und gleichzeitig den Ressourcenverbrauch zu verringern und weniger Emissionen auszustoßen. Die handwerklich organisierte Bauindustrie ist weder technologisch noch personell darauf vorbereitet, diese Herausforderungen ökonomisch und ökologisch zu bewältigen. Hier setzt der Sonderforschungsbereich TRR 277 Additive Manufacturing in Construction (AMC) der beiden Universitäten TU Braunschweig und TU München mit seiner Grundlagenforschung an. Der AMC betrachtet die additive Fertigung als eine digitale Schlüsseltechnologie für das Bauwesen, denn diese vereint die Vorteile von automatisierter und individualisierter Fertigung. Bei der additiven Fertigung werden die Bauteile ohne Formenbau schichtweise aufgebaut. Dies schafft grundlegend neue Anforderungen an Werkstoffe, Verfahrenstechniken sowie an Design und Konstruktion und kann nur in hochgradig interdisziplinären Teams von Wissenschaftler:innen aus den Bereichen des Bauwesens und des Maschinenbaus erforscht werden. Die Basis für die werkstoffübergreifende Erforschung unterschiedlicher additiver Fertigungstechnologien für die Anwendung im Bauwesen stellt die über viele Jahre systematisch aufgebaute Forschungsinfrastruktur im Bereich der digitalen Baufabrikation dar. An seinen beiden Standorten, der TU Braunschweig und der TU München, kann der AMC auf innovativste Forschungseinrichtungen zurückgreifen. Darunter befinden sich sowohl DFG-geförderte Forschungsgroßgeräte wie das Digital Building Fabrication Laboratory (DBFL) und das RoboCoop3D als auch eine Vielzahl eigenfinanzierter innovativer Forschungsgeräte an beiden Standorten. Die AMC-Forschungsinfrastruktur wird im Laufe des Forschungsprojekts stetig ausgebaut und erweitert. Der vorliegende Beitrag stellt die bestehende sowie die in Anschaffung und Planung befindliche Forschungsinfrastruktur vor.

The research infrastructure of TRR 277 Additive Manufacturing in Construction
The global challenges of our time are climate change, population growth and the reduction of resource consumption. For the building industry, this means building more in the coming decades while at the same time using fewer resources and producing fewer emissions. The building industry, which is traditionally organised by craftsmen, is not prepared either technologically or in terms of personnel to meet these challenges economically and ecologically. This is where the Collaborative Research Centre TRR 277 Additive Manufacturing in Construction (AMC) of the both Universities of TU Braunschweig and TU Munich comes in with its basic research. The AMC considers additive manufacturing to be a key digital technology for the construction industry, because it combines the advantages of automated and customised manufacturing. In additive manufacturing, components are built up layer by layer without using a separate formwork. This creates fundamentally new requirements for materials, process technologies as well as design and construction and can only be researched in highly interdisciplinary teams of scientists from the fields of civil and mechanical engineering. The basis for cross-material research into different additive manufacturing technologies for application in construction is the research infrastructure in the field of digital building fabrication that has been systematically built up over many years. At its two locations, TU Braunschweig and TU Munich, the AMC can rely on the most innovative research facilities. These include both DFG-funded large-scale research equipment such as the Digital Building Fabrication Laboratory (DBFL) and the RoboCoop3D, as well as a large number of self-financed innovative research devices at both locations. The AMC research infrastructure is constantly being expanded and extended in the ongoing research project. This article presents the existing research infrastructure as well as the research infrastructure currently being acquired and planned.

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Harte, Reinhard; Andres, MatthiasAbbruchstatik nach VDI-Richtlinie 6210 Blatt 9 - Erläuterungen und Anwendungsbeispiel - 25. Dresdner Baustatik-Seminar - "Realität - Modellierung - Tragwerksplanung"Bautechnik10/2022774-780Berichte

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Bei der Beseitigung einer baulichen Anlage erhebt sich häufig die Frage, in welchen Fällen die Standsicherheit des Bauwerks in den einzelnen Abbruchstadien nachzuweisen ist, d. h., ob eine Abbruch- bzw. Rückbaustatik notwendig wird oder nicht. Hierzu hat der Verein Deutscher Ingenieure VDI die Richtlinie VDI 6210 Blatt 9 herausgegeben, über die hier berichtet werden soll. Die praktische Anwendung der Richtlinie wird anhand eines spektakulären Projekts vorgestellt, der emissionsarmen Beseitigung des Naturzugkühlturms des ehemaligen Kernkraftwerks Mülheim-Kärlich.

Structural demolition analysis acc. to guideline VDI 6210 part 9 - comments and application
When demolishing a building facility often the question arises, in which cases the structural integrity of the building in the different demolition stages has to be proved, i. e. whether a structural demolition analysis will be necessary or not. For this purpose, the Verein Deutscher Ingenieure VDI has published the guideline VDI 6210 part 9, which will be reported here. Its practical application will be demonstrated via a spectacular project, the low emission removal of the natural draft cooling tower of the previous nuclear power plant Mülheim-Kärlich.

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Bayerischer Denkmalpflegepreis 2022 verliehenBautechnik10/2022780Wettbewerbe

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Autengruber, Maximilian; Lukacevic, Markus; Eberhardsteiner, Josef; Füssl, JosefComputergestützte Modellierung von Feuchtetransportprozessen in Holzwerkstoffen - 25. Dresdner Baustatik-Seminar - "Realität - Modellierung - Tragwerksplanung"Bautechnik10/2022781-788Berichte

Kurzfassung

Dieser Beitrag präsentiert computergestützte Modellierungskonzepte zur Vorhersage von Feuchteverläufen und zugehörigen Spannungsfeldern sowie zur numerischen Bestimmung potenzieller Risstiefen von Holzbauteilen. Die vorgestellten Konzepte werden anhand experimenteller Versuchsprogramme validiert und die damit einhergehenden Herausforderungen diskutiert. Ausgewählte Ergebnisse zeigen letztendlich die Möglichkeiten und auch die Relevanz solcher Methoden für den Ingenieurholzbau auf.

Computer-based modeling of moisture transport in woodbased materials
This article presents computational modeling concepts for predicting moisture gradients, the corresponding stress distributions, and addresses the numerical determination of potential crack depths of wooden components. The concepts presented are validated using experimental test programs, and the associated challenges are discussed. Selected results ultimately show the possibilities as well as the relevance of such methods for timber engineering.

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Krämer, Jonas; Weber, AndréDauerhafter Schutz vor Korrosion - Glasfaserverbundwerkstoff als Bewehrung von Bodenplatten in TiefgaragenBautechnik10/2022789-797Berichte

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Korrosionsschäden bei Parkdecks und Tiefgaragen sind für die Betreiber ein teures und unerfreuliches Dauerthema. Wenn in den Stahlbetonbauteilen Wasser und Luft durch Risse im Beton bis zum Bewehrungsstahl vordringen, beginnt dieser zu korrodieren. Die in fast jedem Parkbauwerk vorhandenen Chlorideinträge, bspw. durch Tausalz im Winter, verstärken und/oder initiieren die Korrosion. Am häufigsten sind Bodenplatten betroffen, da hier eine besonders hohe mechanische Beanspruchung besteht. Konventionell und präventiv werden solche Bauten durch instandhaltungsintensive Oberflächenbeschichtungen vor Korrosionsschäden geschützt. Als langlebige und wirtschaftliche Lösung bietet sich eine Bewehrung aus Glasfaserverbundwerkstoff an. Dieser ist hochfest, chemisch beständig und korrosionsresistent, wodurch hohe Instandhaltungskosten vermieden werden.

Durable protection against corrosion - glass fiber reinforced polymer (GFRP) as reinforcement for raft foundation slabs in underground car parks
Corrosion damage to parking decks and underground garages is an expensive and unpleasant ongoing issue for operators. When water and air penetrate the reinforced concrete components through cracks in the concrete to the reinforcing steel, it begins to corrode. The chloride ingress, which is present in almost every parking structure, e. g. from de-icing salt used in winter, increases and/or initiates this corrosion. Raft foundation slabs are most frequently affected, as they are subjected to particularly high mechanical stress. As a preventive measure, such structures are protected from corrosion by high-maintenance surface coatings. A durable and economical solution is to use glass fiber reinforced polymer reinforcement. This is high-strength, chemically resistant and corrosion-resistant, which avoids avoids high maintenance costs.

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Fingerloos, Frank; Urban, SusanneDauerhafte Parkhäuser und Tiefgaragen - Aktuelle DBV-Schriften - ein gesammelter WissensschatzBautechnik10/2022798-802Berichte

Kurzfassung

Das DBV-Merkblatt “Parkhäuser und Tiefgaragen” mit den ergänzenden DBV-Heften 42 und 46 gehört zu den Publikationen in der umfangreichen DBV-Schriftensammlung, die sich dem Thema Parkbauten widmen. Ziel dieser Schriften ist es u. a., den Praktikern in Planung und Bauausführung Planungsgrundlagen, Lösungen für Detailpunkte, Ausführungshinweise und v. a. Maßnahmen zur Sicherstellung einer ausreichenden Dauerhaftigkeit von Parkbauten aufbereitet zur Verfügung zu stellen. Dabei werden viele für Planung und Bau von Parkbauten maßgebende Leitlinien zusammengefasst, die sich in der Praxis bewährt haben. In Kürze wird ein aktualisierter Nachdruck 2022 zum DBV-Merkblatt “Parkhäuser und Tiefgaragen” auf Basis der Fassung vom Januar 2018 veröffentlicht werden. Dieser Beitrag stellt die DBV-Schriften, ihre Inhalte, Zielsetzungen und Zusammenhänge untereinander dar und erläutert die vorgenommenen Änderungen im aktualisierten Merkblatt-Nachdruck.

Durable multi-storey and underground car parks
The DBV guide to good practice “Multi-storey and Underground Car Parks” with the supplementary DBV booklets 42 and 46 are among the publications in the extensive DBV publication collection, devoted to the subject of parking structures. The aim of these publications is, among other things, to provide practitioners working in the field of designing and execution with planning principles, solutions for details, implementation instructions and, above all, measures to ensure adequate durability of parking structures. It summarizes many guidelines for the design and construction of parking structures that have proven their worth in practice. An updated 2022 reprint of the DBV guide to good practice “Multi-storey and Underground Car Parks” based on the January 2018 version will be published shortly. This article presents the DBV publications, their contents, objectives and interrelation and explains the changes made in the updated DBV guide to good practice reprint.

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Bautechnik aktuell 10/2022Bautechnik10/2022803-806Bautechnik aktuell

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Nachrichten:
NEWood - ein kreislaufgerechter Baustoff
Der Baugrund als digitaler Zwilling

Tagungen & Veranstaltungen:
Brückenbautage am 10. und 11. November in Düsseldorf
4. Symposium Ingenieurbaukunst - Bauen mit und im Bestand
21. Internationale Baustofftagung - Call for Papers

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Kongresse - Symposien - Seminare - MessenBautechnik10/2022806Veranstaltungskalender

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Titelbild: Beton- und Stahlbetonbau 10/2022Beton- und Stahlbetonbau10/2022Titelbild

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Zum Titelbild:
Die Koch GmbH aus Kreuztal gilt als eines der führenden Unternehmen in der Planung und Ausführung von Anwendungen rund um das Thema Carbonbeton. Erste Objekte wurden bereits 2011 saniert und technische Möglichkeiten in der eigenen Forschungs- und Entwicklungsabteilung stetig weiter optimiert und auch operativ ausgeführt. Unterdessen wurden mehr als 32.500 m2 Carbonbeton erfolgreich verbaut, wobei tatsächlich nur ein geringer Anteil zur statischen Verstärkung genutzt wurde. Alternative Anwendungsmöglichkeiten zeigten sich im Laufe der Jahre als besonders effektiv und boten in vielen Fällen die einzige Lösung zur Verhinderung des Abrisses. Die größten Vorteile bietet der bislang selten genutzte Werkstoff im Bereich der Parkbauten. Das Titelbild zeigt das Einbetten einer Carbonbewehrung in einen elastifizierten und hochreaktiven Reparaturmörtel auf PMMA-Basis. (Foto: Koch GmbH)

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Inhalt: Beton- und Stahlbetonbau 10/2022Beton- und Stahlbetonbau10/2022Inhalt

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Braml, ThomasMehr Innovation am Bau - Sollte die Politik eingreifen?Beton- und Stahlbetonbau10/2022759Editorials

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Juhart, Joachim; Autischer, Michael; Krüger, Markus; Kari, HannesKlimaverträglichkeit als Kriterium für Entwurf und Leistungsfähigkeit von Beton am Beispiel eines Kleintierdurchlasses der ÖBBBeton- und Stahlbetonbau10/2022760-771Aufsätze

Kurzfassung

Beton ist der weltweit meistverwendete Baustoff und wird u. a. aufgrund seiner hohen Leistungsfähigkeit, Vielseitigkeit und Beständigkeit für Infrastrukturbauten häufig eingesetzt. Seine Produktion und Verwendung verursacht allerdings signifikante Mengen an Treibhausgasemissionen (CO2eq). Jede Reduktion von CO2eq des Baustoffs trägt folglich dazu bei, das gesellschaftliche Ziel der CO2-Neutralität zu erreichen. Im vorliegenden Beitrag wird an einem Kleintierdurchlass einer Eisenbahnlinie der ÖBB beispielhaft gezeigt, wie Klimaverträglichkeit bzw. CO2-Äquivalente (kg CO2eq/m3) unmittelbar in den Mischungsentwurf eingehen. Es wird zudem ausgeführt, wie die wesentlichen Leistungsmerkmale klimaschonender Betone - das sind neben CO2-Äquivalenten insbesondere deren Frühfestigkeit und Dauerhaftigkeit - in ihrer Gesamtheit betrachtet und optimiert werden können. Dafür werden performancebasierte Konzepte zur Bindemitteloptimierung mit kombinierten Zusatzstoffen und zum Nachweis der Dauerhaftigkeit angewandt. Außerdem wird über Erfahrungen bei der Ausführung, Prüfung und Qualitätssicherung von CO2-reduziertem Beton im Vergleich zu äquivalentem Standardbeton berichtet.

Climate Compatibility as a Criterion for the Design and Performance of Concrete illustrated by the Example of an ÖBB Small Animal Passage
Concrete is the world's most widely used building material and is preferred for infrastructure construction inter alia due to its high performance, versatility and durability. Its production and use, however, generates significant amounts of greenhouse gas emissions (CO2eq). Consequently, any reduction of CO2eq of the building material contributes to achieving the societal goal of CO2 neutrality. In this paper, a small animal passage of an ÖBB railway line is used as an example to show how climate compatibility or CO2-equivalents (kg CO2eq/m3) are directly integrated into the mix design. It is also explained how the essential performance characteristics of climate-compatible concretes - in addition to the CO2-equivalents, in particular their early strength and durability - can be considered and optimised in their entirety. For this purpose, performance-based concepts are applied for the optimisation of binders with combined additives and for the verification of durability. Furthermore, experiences with the realization, testing and quality assurance of CO2eq-reduced concrete in comparison to equivalent standard concrete will be reported.

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Vill, Markus; Vospernig, Michael; Reiterer, Michael; Hüngsberg, Alfred; Kari, HannesLangzeitmessungen an einer vorgespannten integralen Rahmenbrücke mit bewehrten Betongelenken - Vergleich Messergebnisse mit numerischen Simulationen - eine Gegenüberstellung nach 8 Jahren MessdauerBeton- und Stahlbetonbau10/2022772-785Aufsätze

Kurzfassung

Im Rahmen des durch die ÖBB-Infrastruktur AG initiierten Forschungsprojekts im Zuge der Errichtung einer Straßenbrücke beim Neubau des Semmering-Basistunnels in Österreich wurden umfangreiche Langzeitmessungen des tatsächlichen Bauwerksverhaltens ab Herstellung einer Brücke im Jahr 2014 durchgeführt. Bei der vorliegenden Brücke handelt es sich um eine integrale vorgespannte Rahmenbrücke mit Betongelenken. Bei der Errichtung der Brücke wurden zur Langzeitmessung der Verformungen, Verdrehungen, Temperaturänderungen und Erddruckspannungen unterschiedliche Messsensoren sowohl innerhalb der Betonquerschnitte vor Betonage als auch an der Oberfläche der Betontragstruktur installiert. Die Messungen laufen nun seit der Errichtung der Brücke im Jahr 2014 bzw. der Absenkung des Lehrgerüsts über einen Zeitraum von acht Jahren permanent und stellen damit eine umfassende Grundlage zur Gegenüberstellung von Messung, numerischer Simulation und ingenieurpraktischen Ansätzen auf der Einwirkungs- und Widerstandseite dar. Im vorliegenden Beitrag wird die Konstruktion der Brücke einschließlich Herstellungsmethode und Installation der Messtechnik beschrieben. Über den Zeitraum von acht Jahren werden die Messergebnisse in ihrer Gesamtheit sowie auch in einzelnen ausgewählten Detailmessperioden dargestellt und den rechnerisch ermittelten Werten gegenübergestellt. Weiterhin erfolgt auch eine Gegenüberstellung der Ergebnisse der numerischen Simulationen der Betongelenke mit den in situ gemessenen Verformungen und analytisch errechneten Beanspruchungen. Die Ergebnisse über den Messzeitraum zeigen ein sehr träges Temperaturverhalten und sehr geringe Verdrehungen an den Betongelenken. Des Weiteren sind anhand der Messergebnisse zeitabhängige Verformungen des Betons deutlich erkennbar.

Long-Term Measurements of a Post-tensioned Integral Frame Bridge with Reinforced Concrete Hinges - Comparison of Measurement Results with numerical Simulations - an Observation after 8 Years of Monitoring
As part of the research project, initiated by ÖBB-Infrastruktur AG, the construction of a road bridge within the project Semmering Base Tunnel in Austria with extensive long-term measurements were carried out from the beginning of the construction works of the bridge in 2014 up to now. The bridge structure consists of an integral prestressed frame bridge with concrete hinges. During the construction of the bridge, monitoring sensors were installed both in the concrete structure before concreting and on the surface of the structure in order to measure deformations, strains, temperature changes and earth pressure stresses. The measurements have now been running for a period of 8 years since the construction of the bridge and the lowering of the formwork. In this context, extensive measurements within an other project were also made and investigations of temperature stresses on bridges as well as laboratory and large-scale tests on reinforced concrete hinges. The present article describes the construction of the bridge including the erection method and the installation of the monitoring and sensor technology. Over a period of 8 years, the measurement results are presented in the overview as well as in the detailed measurement periods and compared to the calculated approaches. Furthermore, the results of numerical simulations of the concrete hinges were compared with deformations measured in-situ. The results show a very slow temperature respone due to change of air temperature and small rotations of the concrete hinge. Furthermore, the long-time deformations of the concrete structure can be clearly identified in the results.

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Flotzinger, Johannes; Braml, ThomasAutomatisierte Klassifizierung von Schäden an Massivbrücken mittels Neuronaler NetzeBeton- und Stahlbetonbau10/2022786-794Aufsätze

Kurzfassung

Herrn Prof. Dr.-Ing. Manfred Keuser zur Vollendung seines 70. Lebensjahrs gewidmet
Vor dem Hintergrund eines alternden Bauwerksbestands sowie des stetigen Anstiegs des Schwerverkehrs ist eine regelmäßige und qualitativ hochwertige Bauwerksprüfung unabdingbar. Bei der Bewältigung dieser Aufgabe birgt die Zuhilfenahme digitaler Methoden im Rahmen der digitalisierten Inspektion (DI) großes Verbesserungspotenzial in Hinblick auf Wirtschaftlichkeit und Qualität. Ein wesentlicher Bestandteil der DI ist das automatisierte Erkennen von Schäden mit Künstlichen Neuronalen Netzen. Im Rahmen des Forschungsprojekts “Modellbasierte digitale Bauwerksprüfung - MoBaP” werden an der Universität der Bundeswehr München Neuronale Netze für die Klassifizierung von Schäden an Massivbrücken trainiert. Auf dem derzeit größten Open-Source-Datensatz (CODEBRIM) dieser Domäne erzielt das im Folgenden dargestellte Netz eine Exact Match Ratio von 74 % und definiert damit das aktuell beste Modell zur Multi-Target-Klassifizierung. Um auch Neuronale Netze für die Objektdetektion und semantische Segmentierung dieser Domäne zu trainieren, wird ein eigener Datensatz erstellt. Dadurch wird neben dem Klassifizieren auch das Lokalisieren der Schäden auf Bildern ermöglicht. In diesem Aufsatz erörtern die Autoren das Vorgehen zum Trainieren Neuronaler Netze für die Klassifizierung von Schäden an Massivbrücken und eine detaillierte Analyse von Testergebnissen. Außerdem werden die Entwicklung und der aktuelle Stand eines eigenen Datensatzes vorgestellt.

Automated Damage Classification on Concrete Bridges Using Convolutional Neural Networks
Against the background of an ageing structure stock and the constant increase in heavy traffic, frequent structural inspections of high quality are indispensable. In accomplishing this task, the use of digital methods within the framework of digitized inspections (DIs) offers great potential for improvement in terms of cost-effectiveness and quality. An essential component of DIs is the automated detection of damage with Convolutional Neural Networks (CNNs). As part of the research project “Model-Based Digital Structural Inspection - MoBaP”, CNNs are being trained at the University of the Bundeswehr Munich for the classification of defects occurring on concrete bridges. On this domain's currently largest open-source dataset (CODEBRIM), the best CNN achieves an exact match ratio of 74 % and thus currently defines a strong baseline. In order to also train neural networks for object detection and semantic segmentation in this domain, a separate dataset is created. This enables not only the classification but also the localisation of damage on images. In this paper, the authors discuss the procedure of training neural networks for the classification of defects on concrete bridges and show a detailed analysis of test results. In addition, the development and current status of their own dataset is presented.

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Kraus, Michael A.Erklärbare domänenspezifische Künstliche Intelligenz im Massiv- und BrückenbauBeton- und Stahlbetonbau10/2022795-804Aufsätze

Kurzfassung

Herrn Prof. Dr.-Ing. Manfred Keuser zu seinem 70. Geburtstag gewidmet
Der Einsatz von Künstlicher Intelligenz (KI) wird derzeit flächendeckend in Forschung und Praxis aller Branchen diskutiert und evaluiert. Dieser Beitrag vermittelt zunächst das notwendige Hintergrundwissen zur allgemeinen KI und erarbeitet dann die Notwendigkeit der Entwicklung von domänenspezifischer KI sowie erklärbarer KI (XAI) für die Berechnungs- und Bemessungspraxis im Bauwesen. Dabei wird die Rolle der Domäne “Bauingenieurwesen” an der Schnittstelle zur KI im Hinblick auf Daten sowie Modellierungs- und Bemessungsphilosophie diskutiert. Die drei Beispiele (i) Berechnung von Kirchhoff-Platten mit physikinformierten Neuronalen Netzen, (ii) Kalibrierung von Prior-Modellen für den parametrischen Brückenentwurf aus Datenbanken und (iii) der KI-unterstützte konzeptionelle Entwurf von Brücken veranschaulichen die Anwendung von domänenspezifischem Maschinellem und Tiefem Lernen sowie XAI mit besonderem Blick auf den Massiv- und Brückenbau. Insbesondere die physikinformierte KI (piKI) stellt eine Alternative zu etablierten numerischen Verfahren unter besonderer Berücksichtigung vorhandener Simulations- und Versuchsdaten dar und wird über den Einsatz von XAI erklärbar und nachvollziehbar. Dies ebnet den Weg zur Nutzung der Modelle der piKI im Bauwesen als Digitale Zwillinge eines Tragwerks über deren Lebenszyklen.

Explainable Domain-Specific Artificial Intelligence for Bridge Engineering and Design
The use of artificial intelligence (AI) is currently being discussed and evaluated across the board in research and practice in all industries. This paper first provides the necessary background knowledge on general AI and then elaborates the necessity of developing domain-specific AI as well as explainable AI (XAI) for the calculation and design practice in civil engineering. The role of the civil engineering domain at the interface with AI in terms of data and modeling and design philosophy is discussed. The three examples of (i) computation of Kirchhoff slabs with physics-informed neural networks, (ii) calibration of prior models for parametric bridge design from databases, and (iii) AI-assisted conceptual design of bridges illustrate the application of domain-specific machine and deep learning and XAI with special focus on concrete and bridge design. In particular, physics-informed AI (piKI) represents an alternative to established numerical methods with special consideration of available simulation and experimental data and becomes explainable and comprehensible via the use of XAI. This paves the way for the use of piKI models in civil engineering as digital twins of a structure over its life cycles.

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Zircher, TobiasIngenieurmodell zur Vermeidung des Trümmerflugs bei KontaktdetonationBeton- und Stahlbetonbau10/2022805-811Aufsätze

Kurzfassung

Herrn Prof. Dr.-Ing. Manfred Keuser zur Vollendung seines 70. Lebensjahrs gewidmet
Die Sicherung wichtiger militärischer und politischer Infrastruktur gegen potenzielle terroristische Angriffe ist von großer Bedeutung. Hierzu sind Bauteile aus Stahlfaserbeton sehr gut geeignet und können mit dem beschriebenen Ingenieurmodell dimensioniert werden. Als Grundlage für die Entwicklung eines Ingenieurmodells wurden in der Vergangenheit Versuche mit hohen Belastungsgeschwindigkeiten aus Kontaktdetonation an aus Normal- und Stahlfaserbeton hergestellten Platten durchgeführt und ausgewertet. Die dabei bestimmten Kenngrößen und anhand der Bruchbilder gewonnenen Erkenntnisse dienten nun als Eingangsparameter zur Entwicklung eines Ingenieurmodells. Das Ziel der Entwicklung des Ingenieurmodells war es, in Abhängigkeit von der dynamischen Betonzugfestigkeit, der Bauteildicke und der Größe der Kontaktdetonationsladung zu bestimmen, welche Menge Stahlfasern in Vol.-% erforderlich ist, um einen Trümmerflug auf der lastabgewandten Seite der Platte zu vermeiden. Dazu wird die aus der Kontaktdetonation erzeugte kinetische Abplatzenergie in der Platte bestimmt und im Anschluss die aufnehmbare kinetische Energie des Stahlfaserbetons in Abhängigkeit vom Stahlfasergehalt ermittelt. Um die ingenieurpraktische Verwendung zu gewährleisten, wurden die Resultate in einem Diagramm abgebildet. Somit ist es durch einfaches Ablesen möglich, den rechnerisch erforderlichen Stahlfasergehalt in Vol.-% zur Vermeidung des Trümmerflugs auf der lastabgewandten Seite der Platte zu bestimmen.

Engineering model to avoid debris flight in the event of contact detonation
Securing important military and political infrastructure against potential terrorist attacks is of great importance. Components made of steel fiber concrete are very well suited for this and can be dimensioned using the engineering model described. As a basis for the development of an engineering model, tests with high load velocities from contact detonation on test specimens made of normal and steel fiber concrete were carried out and evaluated in the past. The parameters determined and the knowledge gained from the fracture patterns serve as input parameters for the development of an engineering design model. The aim of developing the engineering design model was to determine the amount of steel fibers required in vol.-%, depending on the dynamic concrete tensile strength, the component thickness and the size of the contact detonation charge, in order to avoid flying debris on the side of the slab facing away from the load. For this purpose, the kinetic spalling energy generated from the contact detonation in the slab is determined and then the absorbable kinetic energy of the steel fiber concrete depending on the steel fiber content is determined. The results are then shown in a diagram to ensure practice applicability. With that, just by reading from the diagram it is possible to calculate the required steel fiber content in vol.-%.

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Metje, Kevin; Leutbecher, TorstenQuerkrafttragverhalten stahlfaserverstärkter UHFB-Biegeträger mit KompaktquerschnittBeton- und Stahlbetonbau10/2022812-825Aufsätze

Kurzfassung

Bei Biegeträgern aus stahlfaserverstärktem ultrahochfesten Beton (UHFB) unterscheidet sich das Querkrafttragverhalten je nach Querschnittsform. Balken mit gegliedertem Querschnitt zeigen typischerweise ein Schub-Zug-Versagen des dünnen Stegs. Hingegen tritt bei Balken mit Kompaktquerschnitt Biegeschubversagen auf. Somit sind Bemessungsansätze, die den Querkraftwiderstand eines Bauteils ohne Querkraftbewehrung, die Wirkung einer Vorspannung sowie Traganteile aus Bügeln und Fasern überlagern, nicht zwangsläufig auf beide Querschnittsformen gleichermaßen anwendbar. Ziel der vorliegenden Studie war es, das Querkrafttragverhalten von UHFB-Balken mit Kompaktquerschnitt und insbesondere die Einflüsse des Fasergehalts und des Vorspanngrads auf die Entwicklung des kritischen Schubrisses und die Querkrafttragfähigkeit zu untersuchen. Hierzu wurden 22 Querkraftversuche durchgeführt. Rissbildung und -ausbreitung wurden mittels digitaler Bildkorrelation überwacht. In den Versuchen konnte ein deutlicher Einfluss des Fasergehalts und des Vorspanngrads auf die Schubrisskraft festgestellt werden. Die Probekörper ohne Vorspannung zeigten überwiegend ein typisches Biegeschubversagen, während bei den vorgespannten Probekörpern die Betondruckzone unter kombinierter Beanspruchung aus Biegeschub und Biegedruck versagte. Anhand der Ergebnisse wurde ein additiver Bemessungsansatz überprüft. Er liefert für alle Versuche eine konservative Abschätzung der Schubrisskraft.

Shear bearing behaviour of UHPFRC beams with compact cross-section
The shear bearing behaviour of ultra-high performance fibre-reinforced concrete (UHPFRC) beams differs depending on the shape of the cross-section. Beams with I-shaped cross-section typically fail in shear tension of the thin web, while beams with compact cross-section show diagonal tension failure. Thus, design approaches, which superimpose the shear resistance of a member without shear reinforcement, the effect of prestressing as well as the bearing mechanisms of stirrups and fibres, may not be equally applicable to both types of cross-section. The aim of the present study was to investigate the shear bearing behaviour of UHPFRC beams with compact cross-section and, in particular, the influence of fibre volume fraction and level of prestressing on the development of the critical shear crack and the shear resistance. To this, 22 shear tests were carried out. Crack initiation and propagation were monitored using digital image correlation. A clear influence of fibre volume fraction and level of prestressing on the shear cracking load could be observed in the tests. The test specimens without prestressing mainly showed typical diagonal tension failure, while for the prestressed test specimens the concrete compression zone failed under combined bending and shearing stress. Based on the results, an additive design approach was verified. It provides a conservative estimate of the shear cracking load for all tests.

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Niederwald, MichaelBrücke Hohenpolding - Beeinflussung der Betonspannungen durch vorgegebene BauzuständeBeton- und Stahlbetonbau10/2022826-833Berichte

Kurzfassung

Herrn Prof. Dr.-Ing. Manfred Keuser zur Vollendung seines 70. Lebensjahrs gewidmet
Der Ersatzneubau der Brücke K-ED 31, die die Gemeindeverbindungsstraße ED 31 bei Hohenpolding über die Bundesstraße 15 überführt, stellte aufgrund der örtlichen Randbedingungen und der Entwurfsvorgaben besondere Anforderungen an die Entwurfsplanung. Die nur in begrenztem Maß zur Verfügung stehende Querschnittshöhe machte einen außergewöhnlich schlanken Überbau erforderlich, bei dem die Dekompression im Endzustand durch einen hohen Vorspanngrad alleine nicht sichergestellt werden konnte. Durch die Anordnung von Hilfsunterstützungen für den Bauzustand und durch das Einprägen von äußeren Kräften konnten die Beanspruchungszustände derart beeinflusst werden, dass der Dekompressionsnachweis erfolgreich geführt werden konnte. Der vorliegende Beitrag beschreibt die Besonderheiten des Bauwerksentwurfs und der Bauausführung der Spannbetonrahmenbrücke.

Bridge Hohenpolding - Influencing concrete stresses by specifying construction stages
Due to the local conditions and the given design restrictions there were special demands for the design of the replacement of the bridge K-ED 31. The limitation of the cross-section height required an exceptional slender superstructure, for which decompression couldn't be ensured solely through a high degree of post-tensioning. Therefore temporary supports for the construction stage were chosen and external forces were applied to take influence on the internal forces and stresses, which helped to prove that decompression was fulfilled. This article describes the design and the construction of the post-tensioned concrete frame bridge.

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Wanninger, Gerald; Ellinger, MatthiasDie vierzügige Ganztagsgrundschule mit integrierter Zweifachsporthalle im Werksviertel in MünchenBeton- und Stahlbetonbau10/2022834-843Berichte

Kurzfassung

Zum Schuljahr 2021/2022 wurde im Rahmen der Münchner “Schulbauoffensive” in Berg am Laim an der Haager Straße die neue vierzügige Grundschule mit integrierter Zweifachsporthalle fertiggestellt. Das Schulgebäude befindet sich direkt am Ostbahnhof im Werksviertel, dem Gelände der ehemaligen “Pfanni”-Fabrik, einem der spannendsten aktuellen Stadtentwicklungsprojekte in München. Hier entsteht direkt neben dem neu geplanten Konzertsaal ein neues Stadtviertel mit Büros, Werkstätten, Restaurants, Hotels sowie ca. 1150 Wohnungen. Das Schulgrundstück hat eine Grundfläche von ca. 11.400 m2. Das viergeschossige Gebäude ist ein zeitgemäß gestalteter Einzelbaukörper, der sich in die vorhandene bzw. zukünftige städtebauliche Struktur eingliedert. Die vierzügige Ganztagsgrundschule wurde nach den Vorgaben des Münchener Lernhauskonzepts entworfen und bietet Platz für ca. 450 Schülerinnen und Schüler, eine Zweifachsporthalle sowie eine Wohnung für die Technische Hausverwaltung mit eigener, außen liegender Erschließung. In diesem Bericht wird auf die Lösungen im Rahmen der Tragwerksplanung eingegangen, welche die hohe Wirtschaftlichkeit des Gebäudeentwurfs bei gleichzeitig minimaler Versiegelung sicherstellten.

Four-stream elementary school in the new Werksviertel with integrated double gymnasium in Munich
For the 2021/2022 school year, the new 4-stream primary school with integrated double gymnasium was completed in Berg am Laim on Haager Straße as part of Munich's “school construction offensive”. The school building is located directly at the Ostbahnhof in the Werksviertel, the site of the former “Pfanni” factory, one of the most exciting current urban development projects in Munich. Here, right next to the newly planned concert hall, a new urban quarter is being built with offices, workshops, restaurants, hotels and around 1150 flats. The school site has a floor area of approx. 11,400 m2. The 4-storey building is a contemporary designed single structure, which integrates into the existing or future urban-architectural structure. The 4-stream all-day primary school was designed according to the specifications of the Munich Learning House Concept and offers space for approximately 450 pupils, a double gymnasium as well as a flat for the technical building management with its own external access. This report deals with the solutions in the framework of the structural design, which ensured a maximally reduced plot development as well as the high economic efficiency of the building design.

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Tercan, Özgür; Vasilic, Ksenija; Sievering, Christoph; Wolber, JanDigitalisierung der Lieferkette im Betonbau - Stand der Entwicklungen und erste StandardisierungsmaßnahmenBeton- und Stahlbetonbau10/2022844-849Berichte

Kurzfassung

Die Lieferketten im Betonbau sind aufgrund der großen Anzahl von Schnittstellen zwischen verschiedenen Teilprozessen und Teilnehmern komplex. Informationsketten weisen in der Regel Diskontinuitäten beim Datenaustausch auf, da der Informationsaustausch häufig in analoger Form erfolgt. Andererseits sind durchgängige Informationsketten für einen stabilen und nachhaltigen Bauprozess erforderlich. Dieser Beitrag stellt das im Rahmen des Projekts SDaC entwickelte Konzept zur Digitalisierung sowie die ersten Schritte zur Standardisierung der Wertschöpfungs- und Lieferkette von Beton vor. Ziel ist es, eine durchgängige Informationskette mit reduzierter Verschwendung von Ressourcen zu schaffen.

Digitization of the supply chain in concrete construction - status of developments and first standardization measures
Concrete supply chains are complex due to the large number of intersections between different processes and participants. Information chains usually have data exchange discontinuities and information exchange often takes place in analog form. On the other hand, continuous information chains are required for a stable and sustainable construction process. This report presents a concept for the digitization and the first steps towards standardization of the value and supply chain of concrete. Developed within the project SDaC, the concept aims is to create a continuous information chain with reduced waste of resources.

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Beton- und Stahlbetonbau aktuell 10/2022Beton- und Stahlbetonbau10/2022851-859Beton- und Stahlbetonbau aktuell

Kurzfassung

Persönliches:
Rolf Eligehausen - der Pionier der Befestigungstechnik wird 80 Jahre
Manfred Keuser - ein begnadeter Ingenieur und begeisterter Professor wird 70 Jahre
Zum 65. Geburtstag von Carl-Alexander Graubner

Nachrichten:
Bayerischer Denkmalpflegepreis 2022 verliehen
Schülerwettbewerb Junior.ING startet
4. Symposium Ingenieurbaukunst - Bauen mit und im Bestand
Call for papers
Bestandsaufnahme zum nachhaltigen Bauen mit Beton
Lieferengpässe und Preisanstiege bei Ausgangsstoffen

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Kongresse - Symposien - Seminare - MessenBeton- und Stahlbetonbau10/2022859Veranstaltungskalender

Kurzfassung

Keine Kurzfassung verfügbar.

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Titelbild: Stahlbau 10/2022Stahlbau10/2022Titelbild

Kurzfassung


Zum Titelbild:
Mehrlagenschweißung einer Mischverbindung aus S690QL und S355J2+N (s. Beitrag: von Arnim, M. et al., S. 660 f.).
© Stefan Eichler, Fachgebiet Fertigungstechnik, Technische Universität Ilmenau

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