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Im westfälischen Beckum fand unlängst eine bautechnische Premiere statt: Hier wurde das erste 3D-gedruckte Modulbau-Gebäude aus zementfreiem Beton errichtet. Ein Projekt mit dem Potenzial einer zukunftsträchtigen Fertigungsmethode, steht doch der 3D-Druck für Fortschritt am Bau, wie derzeit kaum ein anderes Verfahren. Mit dem Bau des hier abgebildeten “Tiny Houses” auf dem Areal einer Beckumer Bikerbahn realisierten MC-Bauchemie, die Röser GmbH und das Planungsbüro MENSE-KORTE darüber hinaus ein Projekt, das sich durch die Verwendung nachhaltiger Baustoffe beim Druck auszeichnet. So konnten ca. 70% der CO2-Emissionen im Vergleich zu zementösen Mörtelprodukten eingespart werden. Gemeinsam schafften es die drei Unternehmen, dieses visionäre Bauvorhaben in 18 Monaten umzusetzen. (Foto: MENSE-KORTE) Bericht siehe S. A4f

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Die Entwicklung objektspezifischer Verkehrslastmodelle auf Grundlage lokaler Verkehrsdaten stellt für einzelne Brückentragwerke mit verbleibenden rechnerischen Defiziten bei Nachrechnung gemäß aktuellen Regelwerken (Nachrechnungsrichtlinie) ein potenziell wirksames Werkzeug dar. Eine robuste Datengrundlage zur Abbildung der lokalen Verkehrscharakteristik ist hierfür unerlässlich. Dieser Beitrag präsentiert Untersuchungen, die im Zuge einer langfristen Monitoringkampagne zur umfassenden Beschreibung der Verkehrsbeanspruchung an einem ausgewählten Brückenbauwerk an der Bundesautobahn A 92 über einen Zeitraum von einem Jahr durchgeführt wurden. Im Zuge der Messkampagne kommen eine Messeinheit aus Laserscanner und Webcam sowie ein Strukturmonitoring mit Anwendung von Bridge Weigh-in-Motion (BWIM) zum Einsatz. Durch geeignete Strategien und Konzepte zur Erfassung, Aufbereitung und Auswertung aller verfügbaren Messdaten gelingt eine Erfassung aller für die Verkehrslastmodellierung relevanten Parameter und somit die Bereitstellung einer Datengrundlage zur detaillierten sowie realitätsnahen Abbildung der lokalen Verkehrscharakteristik. Erste Auswertungen der Monitoringdaten für ausgewählte Parameter und der Abgleich mit sonst - bei fehlenden Parameterinformationen - typischen Annahmen aus der Literatur zeigen teils signifikante Unterschiede zu der den Normenlastmodellen zugrunde liegenden extremen Verkehrscharakteristik.

Traffic Monitoring on a Highway Bridge - Data collection on local traffic characteristics as a basis for site-specific traffic load models
Developing site-specific traffic load models for individual bridge structures based on local traffic data represents a potentially effective tool for existing road bridges with remaining calculative deficits when assessed according to current codes (guideline for assessment of existing structures, “Nachrechnungsrichtlinie”). A robust data basis to represent the local traffic characteristics is essential for this purpose. This paper presents investigations carried out during a long-term monitoring campaign to comprehensively describe the traffic load on a selected bridge structure along Federal Highway A 92 over a period of one year. For the campaign, a measurement unit consisting of a laser scanner and a webcam, and structural monitoring with the application of bridge weigh-in-motion (BWIM), are used. Suitable strategies and concepts for collecting, processing, and evaluating all available measurement data enable a comprehensive collection of all parameters relevant for traffic load modeling and thus provide a data basis for detailed and realistic modeling of local traffic characteristics. Initial evaluations of the monitoring data for selected parameters and the comparison with otherwise typical assumptions from the literature in case of missing parameter information show partly significant differences to the extreme traffic characteristics underlying the load models in codes.

Brückenbauwerke im alpinen Raum unterliegen verschiedenen Naturgefahren. Dazu zählen auch Muren. Murenereignisse führen nachweisbar auch zur Zerstörung von Brücken. Um Brücken für solche Einwirkungen zu bemessen, sind Angaben zur Anprallkraft von Muren notwendig. Für Murenanpralle gegen Pfeiler liegen umfangreiche, sowohl miniaturisierte als auch Realgrößenversuche vor. Für Brückenüberbauten sind bisher keine solchen Versuche bekannt. In diesem Beitrag werden miniaturisierte Murenanprallversuche an Massivbrückenquerschnitten vorgestellt. Basierend auf den Versuchsergebnissen werden Empfehlungen für die Bemessung von Massivbrücken in exponierten Lagen gegeben.

Debris flow actions on concrete bridge superstructures
Bridge structures in alpine areas are subject to various hazards. These also include debris flows. Debris flows events demonstrably also lead to the destruction of bridges. In order to design bridges for such hazards, information on the impact force of debris flow is necessary. For debris-flow impacts against piers, extensive miniaturized as well as real size tests are available. So far, no such tests are known for bridge superstructures. In this paper miniaturized debris-flow impact tests on concrete bridge cross-sections are presented. Based on the test results, recommendations for the design of concrete bridges in exposed locations are proposed.

Die modularisierte und automatisierte Serienfertigung von Betonfertigteilen verspricht enorme Produktivitätssteigerungen in der Betonfertigteilindustrie bei gleichzeitig höherer Bauteilqualität, effizienterem Rohstoffeinsatz und verringerten Prozessabfällen. So werden durch die Modernisierung eines bisher überwiegend handwerklich geprägten Industriezweigs sowohl Ressourcen und Emissionen eingespart, als auch neue Wachstums- und Wertschöpfungsmöglichkeiten in Zeiten des anhaltenden Fachkräftemangels erschlossen. Modulares Bauen erfordert dabei die Erforschung und Entwicklung von neuartigen Prozessen, Bauweisen und Baumaterialien, welche die serielle und automatisierte Herstellung von Betonfertigteilen in effizienter Weise ermöglichen. Passgenau hergestellte Betonfertigteilmodule können ohne übergreifende Längsbewehrung und mit trockenen, ohne Kleber ausgeführten Fugen schnell und flexibel zu z. B. Segmentbrücken gefügt werden. Am Ende ihrer Nutzungszeit können sie zerstörungsfrei zurückgebaut und idealerweise in einem zweiten Lebenszyklus wiederverwendet werden. In einer Versuchsreihe haben die Autoren die Tragfähigkeit von glatten und feinverzahnten Trockenfugen untersucht, welche sich für das Fügen von modularen Segmentbrücken aus Carbonbeton eignen. In dem vorliegenden Beitrag werden die durchgeführten Versuche, die beobachteten Versagensmechanismen und quantitativen Versuchsergebnisse sowie der Vergleich mit international verfügbaren Bemessungsregeln diskutiert.

Experimental investigation of the load-bearing capacity of smooth and profiled dry joints for modular segmental bridges
Modularised and automated flow production of precast concrete elements promises enormous productivity growth in the precast concrete industry with higher component quality, efficient use of raw materials and reduced process waste. In this way, the modernisation of an industry that has been predominantly craft-based up until now saves resources and emissions, and opens up new opportunities for growth and value generation in times of a persistent shortage of skilled labour. Modular construction requires research and development of new processes, construction methods and building materials that enable the serial and automated production of precast concrete elements in an efficient manner. Precisely fabricated precast concrete modules can be quickly and flexibly joined into e. g. segmental bridges without overlapping longitudinal reinforcement and with dry, adhesive-free joints, and at the end of their service life, they can be dismantled in a non-destructive manner and ideally reused in a second life cycle. In a series of tests, the authors investigated the load-bearing capacity of smooth and profiled dry joints, which are suitable for joining modular segmental bridges made of CFRP-reinforced concrete. Their article discusses the conducted experiments, the observed failure mechanisms and quantitative experimental results, as well as comparison with internationally available design guidelines.

In dieser Studie wurde der Einfluss verschiedener Lagerungsbedingungen auf die statische und dynamische Druckfestigkeit von drei Betonen (C20/25, C35/45 und C60/75) untersucht. Dabei wurden die Proben gezielt getrocknet und wassergesättigt und anschließend sowohl statisch als auch dynamisch geprüft. Die dynamischen Versuche wurden in einem Split-Hopkinson-Bar durchgeführt. Hierbei konnten je nach Betonfestigkeitsklasse Festigkeitssteigerungen von 200 bis 300 % bei Dehnraten im Bereich von 90 bis 160 1/s festgestellt werden. Im Vergleich zur Lagerung unter Umgebungsbedingungen sinkt die Druckfestigkeit durch die Trocknung aufgrund der Mikrorissbildung. Des Weiteren sinken die statischen und dynamischen Betondruckfestigkeiten von wassergesättigten Proben im Vergleich zu trockenen Proben. Dieser Abfall konnte sowohl unter statischer als auch unter dynamischer Beanspruchung beobachtet werden und ist unabhängig von der Dehnrate. Die trockenen Proben versagen explosionsartiger mit einer erhöhten Anzahl an Rissen und Bruchstücken im Vergleich zu wassergesättigten Proben. Weiterhin konnte am Beispiel zweier Fallturmversuche von einem trocken und einem wassergelagerten großformatigen Betonbauteil gezeigt werden, dass vorhandenes Porenwasser einen signifikanten Einfluss auf das Versagensbild und die Übertragung der Impaktbelastung in die Auflagerkonstruktion hat.
Dieser Aufsatz wurde in ähnlicher Weise bereits in [1] veröffentlicht.

The influence of water saturation on the compressive strength of concrete under high strain rates
In this study, the influence of different water saturation achieved by different storage conditions on the static and dynamic com-pressive strength of three different concretes were investigated. The specimens were first dried then water-saturated and tested both under static and impact loading. The impact tests were carried out in a split Hopkinson bar. Depending on the concrete strength class, increases in the compressive strength of 200 % to 300 % at strain rates in the range of 90 to 160 1/s were observed. Compared to storage under ambient conditions, the compressive strength decreases as a result of drying due to microcrack formation. Furthermore, the concretes compressive strengths of water-saturated specimens decrease compared to dry specimens. This decrease was observed under both static and impact loading and is independent of the strain rate. The failure of the dry specimens was more explosive with an increased number of cracks compared to water-saturated specimens. Furthermore, two drop tower tests with an unsaturated and a water-saturated large-format concrete specimen showed that the increase in pore water content significantly influenced the failure pattern and decreased the reaction forces.
This article was published in a similar way in [1].

Der Einsatz innovativer Fertigungstechnologien in der Baubranche unterstützt die Realisierung vollständig automatisierter Herstellungsverfahren mit dem Ziel, die Ausführungszeit, die Individualität und die Qualität von Bauteilen zu verbessern. Die Herstellung von Stahlfaserbetonbauteilen im selektiven Zementaktivierungsverfahren, welches das dreidimensionale Drucken von formoptimierten Bauteilen ermöglicht, kann die genannten Ziele erreichen. Um diese hinsichtlich ihres Verhaltens unter hochdynamischen Einwirkungen zu untersuchen, wurden insgesamt zehn Stahlfaserbetonprobekörper in unterschiedlichen Bauweisen gedruckt und durch Beschuss- und Freifallversuche mit hochdynamischen Belastungen beansprucht. Solche Belastungen führen zu komplexen inneren Beanspruchungen und entsprechenden Schadensbildern. Eine Darstellung von weiterhin bestehenden Schäden nach dem Impakt, insbesondere die korrekte Ausrichtung der Stahlfasern im Bauteil, zeigen Verbesserungs- und Optimierungsmöglichkeiten zukünftiger Schutzbauteile auf, welche nach aktuellem Stand der Technik noch nicht hinreichend erforscht sind.

Potential of 3D-printed steel-fiber-reinforced concrete components for the protection of critical infrastructure - impact and free-fall tests
The use of innovative production technologies in the construction industry supports the realization of fully automated manufacturing processes with the aim of improving the construction time, the individuality, and the quality of components. The production of reinforced concrete components using the selective cement activation process, which enables the three-dimensional printing of shape-optimized components, can achieve the mentioned goals. To investigate these regarding their behaviour under highly dynamic impact, a total of ten steel fibre-reinforced concrete test specimens were printed in different construction methods and subjected to highly dynamic loads by impact and free-fall tests. Such loads lead to complex internal stresses and corresponding damage patterns. A representation of the damage still presents after the impact, in particular the correct alignment of the steel fibres in the component, indicate possibilities for improvement and optimization of future protective components, which have not yet been sufficiently researched according to the current state of the technology.

Bei einer Fuß- und Radwegbrücke über den Karl-Heine-Kanal in Leipzig wurden im Rahmen einer Bauwerksprüfung Undichtigkeiten in der Abdichtungsschicht aus reaktionsharzgebundenem Dünnschichtbelag (RHD) festgestellt. Darüber hinaus waren kleinere Betonschäden in Form von Abplatzungen vorhanden. Um eine langfristige Dauerhaftigkeit zu gewährleisten, wurden die Betonschäden beseitigt und die alte Abdichtung durch eine ultrahochfeste Faserbetonschicht, kurz UHFB-Deckschicht, von 30 mm Stärke ersetzt. Die neue Deckschicht hat nur eine Abdichtungsfunktion, die damit einhergehende Tragfähigkeitssteigerung wurde bei den Überlegungen nicht berücksichtigt. Wegen des möglichen Pannenrisikos für Fahrradreifen wurden anstelle von starren Stahlfasern biegsame PVA-Kunststofffasern verwendet. Auf ca. 160 m2 Fläche wurden innerhalb eines Tages insgesamt 6, 5 m3 faserverstärkter UHFB händisch verbaut.

UHPFRC overlay on foot and bicycle path bridge Karl Heine Arch in Leipzig, Germany
During a regular inspection of a pedestrian and bicycle bridge over the Karl Heine canal, leaks were detected in the waterproofing layer made of a thin layer of reaction resin. To ensure long-term durability, the old waterproofing layer was removed and replaced with an ultra-high-performance fiber-reinforced concrete (UHPFRC) with a thickness of 30 mm. The new layer has only a waterproofing function. The resulting increase in load-bearing capacity was not considered. Because of the possible risk of damages for bicycle tires, flexible PVA plastic fibers were used instead of rigid steel fibers. On an area of approximately 160 m2, 6.5 m3 of UHFB were casted within one day.

In der ostsächsischen Ortschaft Wurschen (Landkreis Bautzen) wurde im Jahr 2021 Sachsens erste Straßenbrücke aus Carbonbeton errichtet. Durch den Einsatz der neuartigen Carbonbetonbauweise sollen der Erhaltungsaufwand sowie die Wartungszyklen für Brückenbauwerke verringert und die Nutzungsdauer gegenüber dem heutigen Brückenbestand aus Stahlbeton deutlich gesteigert werden. Die hochzugfesten und unter den nutzbaren Spannungsbereichen nahezu ermüdungsresistenten Carbonbewehrungen sind hierbei aufgrund ihrer Beständigkeit gegenüber Bewehrungskorrosion für den Einsatz im Bereich des Brückenbaus prädestiniert. Die Planung des Bauwerks wurde unter Beachtung der im Rahmen der langjährigen Forschungen der Institute für Massivbau der Technischen Universität Dresden und der Rheinisch-Westfälisch Technischen Hochschule Aachen ermittelten Bemessungs- und Konstruktionsgrundlagen durchgeführt. Die bauliche Umsetzung der Baumaßnahme erfolgte in Ortbetonbauweise unter Verwendung von Carbonflächenbewehrungen (Carbongittern), Carbonstabbewehrungen und üblichen Konstruktionsbetonen. Im Anschluss an die erfolgreiche Fertigstellung des Bauwerks konnte die Tragfähigkeit der Straßenbrücke aus Carbonbeton durch Belastungsversuche mit einem umfangreichen Messprogramm bestätigt werden. Die planmäßige Verkehrsfreigabe des Bauwerks erfolgte im Dezember 2021.

Structural design and construction of a road bridge made of carbon reinforced concrete - Carbon reinforced concrete “The Next Step”
In 2021, Saxony's first road bridge made of carbon reinforced concrete was built in Wurschen, a village located in the district of Bautzen in the east of Saxony. The new carbon reinforced concrete construction method is expected to help reduce both maintenance costs and the number of maintenance cycles for bridge structures while also increasing the service life compared to existing bridges made of steel-reinforced concrete considerably. The high-tensile carbon reinforcements, which are virtually fatigue-resistant considering the applicable stress ranges, are predestined to be used in bridge construction due to their resistance to (reinforcement) corrosion. The design of the structure was based on the dimensioning and construction principles resulting from many years of research conducted by the Institutes of Concrete Structures at Technische Universität Dresden (TUD) and RWTH Aachen University. The construction work was carried out using the in-situ concrete method and carbon surface reinforcement (carbon mats), carbon rod reinforcement, and standard structural concrete. Following the successful completion of the structure, load tests with an extensive measuring program verified the load-bearing capacity of the carbon reinforced concrete road bridge. The structure was opened to traffic as planned in December 2021.

Nachrichten:
BASt-Jahresbericht 2022
Zeitenwende im Betonbau - nomen est omen?
Ulmer BetonTage mit einem Hauch von Aufbruchstimmung

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Beim modernen Oberbau mit lückenlos verschweißter Schiene entstehen auf Brücken durch die Interaktion mit dem Bauwerk höhere axiale Beanspruchungen der Schiene als auf dem Damm. Beim Schotteroberbau gilt es, die Druckkräfte in der Schiene zu begrenzen, um Gleisverwerfungen zu vermeiden. Dazu wurden in den 1980er-Jahren umfangreiche Untersuchungen durchgeführt. Bei der Festen Fahrbahn liegen jedoch keine Erfahrungen zum Verhalten unter großen Druckkräften vor und der erhöhte Grenzwert von 92 MPa beruht auf keiner wissenschaftlich nachvollziehbaren Basis. Für den Fall der EÜ Itztal auf der Neubaustrecke Ebensfeld-Erfurt konnte der Nachweis der zusätzlichen Druckspannungen mit dem Grenzwert von 92 MPa nicht erbracht werden. Um fallspezifisch einen neuen Grenzwert festlegen zu können, wurden Untersuchungen vorgenommen, die in dem Aufsatz von Johannes Diers et al. (S. 463 ff.) vorgestellt werden.
Quelle: Marc Wenner

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Dieser Aufsatz befasst sich mit der Entwicklung von diagonal verklebtem Brettsperrholz (Diagonallagenholz - DLH), einem Laminat aus Massivholzlamellen, welche zur Anpassung der Steifigkeitseigenschaften in einem bestimmten Winkel zueinander angeordnet werden. DLH stellt somit eine anwendungsoptimierte Weiterentwicklung von Brettsperrholz (BSP) dar und erreicht bei gleichem Materialeinsatz verbesserte mechanische Eigenschaften. Der Beitrag beschäftigt sich mit der analytischen Herleitung der Steifigkeitsmatrix, der experimentellen Charakterisierung und numerischen Verformungsanalysen. Die Untersuchungen wurden mit spezifischen DLH-Serien durchgeführt, welche durch die Ausrichtung von Lagen unter Winkeln von ±45° bzw. ±30° (±60°) gekennzeichnet sind. Die Ergebnisse zeigen, dass die Torsionssteifigkeit im Vergleich zu BSP deutlich erhöht ist. Diese Eigenschaft ist vielversprechend für die Anwendung von DLH in Platten unter zweiachsiger Biegebeanspruchung, wie z. B. punktgestützten Flachdecken. Hierbei verspricht die diagonale Ausrichtung einzelner Lagen zudem Homogenisierungseffekte bei der Verteilung von Biege- und Schubspannungen. Gleichzeitig führt die diagonale Orientierung einzelner Lagen zu einer Erhöhung der Scheibenschubsteifigkeit, welche hinsichtlich aussteifender Wand- und Deckenelemente von großem Interesse ist. Die Forschung an DLH hebt die Relevanz und Eignung diagonal ausgerichteter Lagen in Massivholzelementen für einen effizienteren und damit nachhaltigen Umgang mit der Ressource Holz hervor.

Diagonal Laminated Timber (DLT) - resource efficiency through optimized layer arrangements: determination of stiffness properties and deformation analysis
This paper deals with the development of diagonal laminated timber (DLT), a composite timber product consisting of individual layers, which are rotated to each other at a certain angle to increase stiffness properties. Therefore, DLT represents an application-optimized further development of cross laminated timber (CLT). DLT achieves improved mechanical properties with the same amount of material.

Beim modernen Oberbau mit lückenlos verschweißter Schiene entstehen auf Brücken durch die Interaktion mit dem Bauwerk höhere axiale Beanspruchungen der Schiene als auf dem Damm. Beim Schotteroberbau gilt es die Druckkräfte in der Schiene zu begrenzen, um Gleisverwerfungen zu vermeiden. Dazu wurden in den 1980er-Jahren umfangreiche Untersuchungen durchgeführt, woraus ein Grenzwert für die zulässigen zusätzlichen Druckspannungen von 72 MPa definiert wurde. Bei der Festen Fahrbahn liegen jedoch keine Erfahrungen zum Verhalten unter großen Druckkräften vor und der erhöhte Grenzwert von 92 MPa beruht auf keiner wissenschaftlich nachvollziehbaren Basis. Für den Fall der EÜ Itztal auf der Neubaustrecke Ebensfeld-Erfurt konnte der Nachweis der zusätzlichen Druckspannungen mit dem Grenzwert von 92 MPa nicht erbracht werden. Um fallspezifisch einen neuen Grenzwert festlegen zu können, wurden Untersuchungen vorgenommen, die in diesem Aufsatz vorgestellt werden. Das Verhalten des Systems unter großen Druckkräften wurde rechnerisch und experimentell untersucht. Für den Nachweis einer ausreichenden Sicherheit des Systems bei großen Schienendruckkräften wurden Grenzzustände festgelegt und für abgesicherte Einwirkungskombinationen nachgewiesen. Das Fallbeispiel zeigt die Reserven des Systems auf und legt eine mögliche Methode für eine grundsätzliche Überarbeitung des Grenzwerts der Schienendruckspannungen beim System Feste Fahrbahn vor.

Allowable compressive rail force due to track-bridge-interaction for ballastless track
On modern continuously welded railway tracks on bridges the rails are exposed to additional axial stresses due the interactions between the track and the bridge. On ballasted track the total compressive force within the rail must be limited to prevent rail buckling. In the 1980s extensive theoretical and experimental research was conducted and a limit value for the additional compressive rail stress of 72 MPa was introduced. For the more ridged ballastless track systems this limit value was raised to 92 MPa. However, this was done without any transparent scientific basis. For the case of the Itz Valley Bridge on the new highspeed line between Ebensfeld and Erfurt the calculated additional stresses due to the track-bridge-interaction could not be verified with these limit values. To determine a new case specific limit value for the additional compressive rail stresses extensive investigations were conducted and are presented within this article. The behaviour of the ballastless track system under high compressive rail forces was analysed numerically and experimentally. As a result, failure mechanisms and limit states were defined and verified for secure combinations of input parameters. This example shows the potential of the system to withstand high compressive rail forces and presents a possible method to define new limit values for the additional compressive rail stresses for ballastless track systems on bridges.