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Titelbild: Bautechnik 7/2021Bautechnik7/2021Titelbild

Abstract


Zum Titelbild:
Universalfräsen der Serie ES von KEMROC lassen sich durch den Anbau von Schneidrädern als Spezialschlitzfräsen für Beton, Asphalt und Gestein verwenden; mit Frästrommeln bestückt dienen sie als Spezialflächenfräsen zum profilgenauen Bearbeiten horizontaler und vertikaler Flächen. Genau zu diesem Zweck verwendet die STRABAG zwei Universalfräsen KEMROC ES 60 HD an Mobilbaggern auf einer Tunnelbaustelle im Zuge der Autobahn A44 Kassel - Herleshausen. An beiden Portalen des Tunnels Trimberg werden die Steilböschungen aus Spritzbeton mit Futtermauern in Blockschichtung verkleidet. Jeder einzelne per Lkw angelieferte Jura-Kalkstein wird dabei zentimetergenau auf Länge gefräst und kann danach fugengenau in den Mauerverband eingepasst werden. Die Beteiligten zeigen sich begeistert vom Tempo und der Präzision ihrer KEMROC-Fräsen. (Foto: KEMROC)

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Inhalt: Bautechnik 7/2021Bautechnik7/2021Inhalt

Abstract

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Wagenbach, BerndEditorial: Bautechnik 7/2021Bautechnik7/2021463-464Editorials

Abstract

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Stollwitzer, Andreas; Fink, JosefDämpfungskennwerte des Schotteroberbaus auf Eisenbahnbrücken - Teil 1: Vertikale Relativbewegungen im SchotteroberbauBautechnik7/2021465-474Aufsätze

Abstract

Der Einfluss des Schotteroberbaus auf das dynamische Verhalten von Eisenbahnbrücken ist nach wie vor noch mit Unklarheiten behaftet und ein wesentlicher Grund für die in der ingenieurpraktischen Brückendynamik fortwährend thematisierte Diskrepanz zwischen Messung und Rechnung. Hinsichtlich der Berücksichtigung seiner Steifigkeits- und insbesondere seiner Dämpfungseigenschaften in dynamischen Berechnungen steht zwar eine weite Bandbreite an Rechenmodellen zur Verfügung, die zugehörigen Kennwerte streuen jedoch enorm und verdeutlichen insofern die Notwendigkeit einer gezielten Erforschung des vom Brückentragwerk getrennten Schotteroberbaus. Eine an der TU Wien entwickelte Versuchsanlage, welche eine dynamische Analyse des isolierten Schotteroberbaus ermöglicht, dient als Grundlage für die Bestimmung von dynamischen Kennwerten. Mit dem Fokus auf Energiedissipation infolge vertikaler Relativbewegungen im Schotteroberbau werden aufbauend auf den Reibungsmechanismen im Schotter und unter Kombination von Theorie und Empirie Dämpfungskennwerte bestimmt. Die ermittelten Kennwerte zeigen eine klare Beschleunigungsabhängigkeit und repräsentieren einen Teilaspekt eines umfassenderen Rechenmodells.

Damping parameters of ballasted track on railway bridges - part I: vertical relative displacements in the ballast
The effects of the ballasted track on the dynamic properties of railway bridges have been the focus of pertinent scientific discourse up to the present. The discrepancies between dynamic calculations and measurements have thus constituted core challenges in railway bridge engineering to this very day. A wide range of mechanical models allows for dynamic calculation of bridge vibrations. However, pertinent parameters vary considerably and thus call for targeted research of ballasted track. Such focused and isolated analysis of the dynamic behaviour on railway bridges is conducted at a special large-scale test facility at TU Wien. This paper focuses on the energy dissipation as a result of vertical displacements in the ballasted track with special consideration of damping parameters gained from combined theoretical and empirical calculations. The core parameters thus obtained show a significant dependency on the acceleration level. They are subsequently integrated into a comprehensive, detailed model.

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Hofmann, Christof; Proske, Dirk; Zeck, KathrinVergleich der Einsturzhäufigkeit und Versagenswahrscheinlichkeit von StützbauwerkenBautechnik7/2021475-481Aufsätze

Abstract

In diesem Beitrag werden beobachtete Einsturzhäufigkeiten und berechnete Versagenswahrscheinlichkeiten von Stützbauwerken verglichen. Derartige Vergleiche liegen bisher nur für die Bauwerkstypen Brücken, Dämme und Tunnel vor. Der Vergleich basiert überwiegend auf Werten aus der Literatur. Diese wurden im Rahmen einer Literaturrecherche erfasst. Darüber hinaus wurden Einsturzhäufigkeiten bei Erdbebeneinwirkungen durch eigene Berechnungen ermittelt. Der Vergleich der Einsturzhäufigkeiten und Versagenswahrscheinlichkeiten von Stützbauwerken zeigt eine gute Übereinstimmung. Allerdings zeigt der Vergleich der Werte mit anderen Bauwerkstypen eine überdurchschnittlich hohe Einsturzhäufigkeit. Diese scheinbar akzeptierte hohe Einsturzhäufigkeit wird mit den geringeren Opferzahlen und Schadenskosten beim Versagen von Stützbauwerken begründet.

Comparison of collapse frequency and failure probability of retaining structures
In this contribution observed collapse frequencies and calculated failure probabilities of retaining structures are compared. Such comparisons are so far only available for bridges, dams and tunnels. The comparison is mainly based on values from the literature. These were recorded in the context of a literature search. Furthermore, collapse frequencies for earthquake impacts were determined by own calculations. The comparison of collapse frequencies and failure probabilities of retaining structures shows a good agreement. However, the comparison of the values with other types of structures shows an above-average frequency of collapses. This seemingly accepted high frequency of collapse is justified by the lower number of victims and damage costs when retaining structures fail.

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Campus Steinfurt führt neues Studiengangsprogramm International Engineering einBautechnik7/2021481Nachrichten

Abstract

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Wirker, Andreas; Donner, Ralf; Flederer, Holger; Bösche, ThomasInnovativer und nachhaltiger Ersatzneubau von BetonbrückenBautechnik7/2021482-491Berichte

Abstract

Der Ersatzneubau von Straßenbrücken wird künftig enorm an Bedeutung gewinnen. Da die Brückenerneuerung in Deutschland gegenwärtig nahezu ausschließlich am Standort des Bauwerks erfolgt, werden durch lange Bauzeiten erhebliche Verkehrseinschränkungen verursacht. Das hier vorgestellte und von der Bundesanstalt für Straßenwesen beauftragte Forschungsvorhaben zeigt Vorgehensweisen auf, mit denen die Bauzeit im Bereich der Verkehrstrasse erheblich reduziert werden kann. Durch separate Lösungsansätze für die Unterbauten, Überbauten und Kappen sowie die Bauverfahren stehen Kombinationsmöglichkeiten für verschiedenste Anwendungsfälle zur Verfügung. Die sofortige Anwendbarkeit einzelner Varianten ist gegeben, da diese vom Regelwerk abgedeckt sind. Für die stringente Anwendung der Fertigteilbauweise besteht die Notwendigkeit, noch weiterführende Toleranzanforderungen im Regelwerk zu definieren. Für einzelne Varianten besteht noch Forschungsbedarf. Mit den erarbeiteten Lösungen kann die Bauzeit vor Ort und damit auch die Einschränkung des Verkehrs um bis zu 66 % verringert und die CO2-Emmisionen erheblich reduziert werden. Die Kostensteigerung bleibt dabei moderat. Gleichzeitig sollten bei künftigen Vorhaben auch die externen Kosten mit einbezogen werden, da sich dadurch die Vorteile der Fertigteilbauweise noch wirtschaftlicher herauskristallisieren. Eine wesentliche Voraussetzung für die Umsetzung der modularen Bauweise ist die grundsätzliche Bereitschaft, diese anzuwenden.

Innovative and sustainable replacement construction of concrete bridges
The replacement construction of road bridges will gain enormous importance in the future. Since the reconstruction of bridges in Germany is almost exclusively carried out on site at present, it results in considerable traffic restrictions owing to the long construction times. The research project presented here and commissioned by the Federal Highway Research Institute shows ways to significantly reduce the construction time for the areas with traffic routes. A wide range of combination options is available for a variety of applications based on the use of separate solutions for the substructures, superstructures and toppings as well as the construction methods. The individual variants can be applied immediately as these are covered by the regulations. For the stringent application of prefabricated constructions, additional tolerance requirements need to be defined in the regulations. Research is still required for individual variants. The solutions developed can reduce on-site construction time, and thus traffic restrictions, by up to 66 % and significantly reduce CO2 emissions. The increase in costs remains moderate. At the same time, future projects should also take into account external costs, as this will make the benefits of prefabricated construction even more apparent. An essential prerequisite for the implementation of the solution options shown is the general readiness to apply the modular construction method.

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Baustoffmangel bremst Aufschwung aus!Bautechnik7/2021491Nachrichten

Abstract

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Weizenegger, Michael; Schmid, Andreas; Bentrup, Ralph; Schneider, MichaelModernisierung U-Bahnhof Sendlinger Tor - Umbau und Erweiterung zum ZukunftsbahnhofBautechnik7/2021492-499Berichte

Abstract

Rund 250.000 Fahrgäste/d und 13 kreuzende U-Bahn-, Tram- und Buslinien machen die Station Sendlinger Tor zu einem der wichtigsten Verkehrsknotenpunkte im Münchner Nahverkehrsnetz. Die 1971 eröffnete Station wird aktuell umfassend erneuert und zu einem modernen Zukunftsbahnhof umgestaltet. Ziel der Maßnahmen ist es, die Leistungsfähigkeit und Sicherheit für Fahrgäste zu erhöhen - denn das heutige Fahrgastaufkommen bringt den Bahnhof an seine Kapazitätsgrenze. Täglich bilden sich lange Staus der Fahrgäste an den zentralen Treppenanlagen. Insbesondere ist auch im Falle eines Brands zu befürchten, dass die knappen Treppenkapazitäten im Bestand zu langen Entfluchtungszeiten führen. Zentrale Maßnahmen sind daher die Erweiterung des Bauwerks, die Neugestaltung der Durchgänge sowie die Verbreiterung der bestehenden Ausgänge und die Verlängerung der Lifte an die Oberfläche. Gleichzeitig werden bei notwendigen Sanierungsarbeiten die Schäden an Betonsubstanz und Bauwerksfugen, die in den letzten 50 Jahren durch Feuchtigkeit und Streusalz entstanden sind, behoben. Das Konzept zur gestalterischen Erneuerung ging aus einem europaweiten Planungswettbewerb hervor. Im Ergebnis erhält der Bahnhof eine kräftige Farbgebung, die auf den beiden Bahnsteigebenen die ursprünglichen Farben aufgreift, der Verteilerebene eine moderne aufgeräumte Optik verleiht und die Ausgangsbereiche akzentuiert. Modernisiert wird auch die gesamte technische Ausrüstung des Bahnhofs. Dies geschieht wie der gesamte Umbau unter laufendem Betrieb. Entstehen wird ein moderner, barrierefreier U-Bahnhof mit attraktivem Erscheinungsbild und höchsten Sicherheitsstandards. Zentrale Herausforderung sind neben den technischen Aspekten die extrem beengten Platzverhältnisse sowie das Bauen im Bestand mit möglichst geringen Einschränkungen für sämtliche Verkehrsteilnehmer.

Modernisation of the underground station Sendlinger Tor - conversion and expansion towards a station of the future
Approximately 250, 000 passengers per day and 13 crossing underground train, tram and bus lines make the station of Sendlinger Tor one of the most important hubs within the Munich transport network. The station, opened in 1971, is currently being comprehensively renovated and redesigned into a modern station of the future. The project aims at increasing passenger capacity and safety as today's passenger volume pushes the station's capacity to its limits. Daily passenger congestions at the central staircases are long; especially in case of a fire, there is a concern that the stairs' limited capacities could prolong evacuation. Therefore, the key measures include the expansion of the structure, new design of passageways as well as the widening of existing exits and lengthening of elevators all the way up to the surface. At the same time, any damage in the concrete and in structural joints, a result of 50 years of exposure to humidity and road salt, is repaired during the necessary renovation works. The new design concept is the result of a Europe-wide design competition. The station will get colourful paintwork, incorporating the original colours on both platform levels and providing the distribution level with a modern, clear look, as well as accentuating the exit areas. Moreover, the entire technical equipment of the station is modernised. Just as the whole conversion, these works are carried out while operation is fully maintained. The result will be a modern, barrier-free underground station with an attractive appearance and the highest safety standards. In addition to technological aspects, the key challenges include the extremely confined space and the building within existing structures with the least possible interference for all passengers.

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Rohr, HaraldTerminal 3 am Flughafen Frankfurt: Building the FutureBautechnik7/2021500-507Berichte

Abstract

Mit dem Bau des neuen Terminal 3 auf dem ehemaligen Gelände der Rhein-Main Air Base verwirklicht die Fraport AG ein langfristig ausgelegtes Ausbauprojekt am Flughafen Frankfurt. Trotz der Corona-Pandemie und deren Folgen für den Luftverkehr stellt das neue Terminal weiterhin einen integralen Bestandteil für die Zukunft des Frankfurt Airport dar. Durch den modular geplanten Bau können die insgesamt drei Bauabschnitte des Terminals eng am tatsächlichen Kapazitätsbedarf realisiert werden. Zwei von ihnen befinden sich aktuell im Bau. Sie umfassen das Hauptgebäude sowie die drei Flugsteige G, H und J mit Kapazitäten für bis zu 19 Mio. Fluggäste jährlich. Eine neue fahrerlose Sky Line-Bahn sowie eine smarte Gepäcklogistik stellen eine schnelle und reibungslose Verbindung mit den beiden bestehenden Terminals im Norden sowie dem Fern- und Regionalbahnhof sicher. Mit einem Investitionsvolumen von rund 4 Mrd. Euro ist Terminal 3 eines der größten privat finanzierten Infrastrukturprojekte in Europa. Vom Spezialtiefbau über den Hochbau bis hin zur technischen Gebäudeausstattung - die Dimensionen der Großbaustelle halten für Planer wie Ingenieure bauliche und auch logistische Herausforderungen bereit. Schließlich sind zahlreiche Gewerke in mehreren Projektbereichen gleichzeitig aktiv - während des laufenden Betriebs an Deutschlands größtem Flughafen.

Terminal 3 at Frankfurt Airport - building the future
Fraport AG is building Frankfurt Airport's new Terminal 3 at the site once occupied by the former U. S. Rhine-Main Airbase, as part of a long-term strategic expansion project. Despite the Covid-19 pandemic and the impact it is having on the aviation industry, the new terminal will play a key role in the airport's future. The project is taking a flexible three-part modular approach that can be adapted depending on how requirements develop. Two of them are now taking shape: the main terminal building with piers H and J, and pier G, which will together provide enough capacity for up to 19 mio. passengers a year. A new driverless Sky Line people mover and intelligent baggage handling systems will rapidly and seamlessly link Terminal 3 to the two existing terminals and the long-distance and regional train stations in the north of the airport. This is one of Europe's largest privately funded infrastructure projects, entailing a total investment of some 4 bio. Euro. Its many aspects, ranging from special underground engineering and structural construction to installing technical systems, pose many challenges for the involved planners and engineers. A variety of building trades are concurrently at work on various parts of the project, which are smoothly coordinated to avoid interrupting operations at Germany's largest aviation hub.

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Bard, Madeline; Breinig, Werner; Gonzalez-Hernandez, Abril; Irngartinger, Andreas; Rahm, Tobias; Siegert, StephanZeichnest du noch oder modellierst du schon? - Digitales Planen und Bauen bei der DEGESBautechnik7/2021508-515Berichte

Abstract

Planungsbeschleunigung, Kosten- und Terminsicherheit sowie Transparenz dominieren inzwischen als Projektziele die Planung und Realisierung von Verkehrsinfrastrukturprojekten. Konventionelle Methoden stoßen hier regelmäßig an ihre Grenzen. Deshalb werden neue, digitale Methoden benötigt, um die genannten Ziele zu erreichen. Die Digitalisierung der Planung, der baulichen Realisierung, aber auch des Betriebs bietet dazu eine große Chance. Ein wesentlicher Aspekt dieser Digitalisierung wird durch die BIM-Methode adressiert, die u. a. althergebrachte Strukturen hinterfragt. Die DEGES unterstützt aktiv diesen Transformationsprozess durch Wissensteilung mit Dritten, aber auch mit der Implementierung von BIM in Projekten sowie im Unternehmen. Die Projektmanagementgesellschaft DEGES verfolgt dabei den Ansatz der Kategorisierung nach konkreten Handlungsfeldern, zu denen u. a. eine eigene Lernplattform zur BIM-Kompetenzvermittlung entwickelt wurde. Im Aufsatz werden nach einer eingehenden Einleitung diese Handlungsfelder vorgestellt und so ein Einblick in die BIM-Maßnahmen bei der DEGES gewährt. Dabei wird immer wieder auf die kulturellen Herausforderungen eingegangen, denn die Digitalisierung verändert nicht nur die Arbeitsmethoden, sondern auch die Form der Zusammenarbeit im Projektteam.

Are you still drawing or are you already modelling? Digital planning and construction at DEGES
Accelerated planning, cost and schedule security as well as transparency now dominate the planning and realisation of transport infrastructure projects as project goals. Conventional methods regularly reach their limits here. Therefore, new, digital methods are needed to achieve the aforementioned goals. The digitalisation of planning, constructional realisation, but also of operation, offers a great opportunity for this. A key aspect of this digitalisation is addressed by the BIM method, which, among other things, challenges traditional structures. DEGES actively supports this transformation process by sharing knowledge with third parties, but also by implementing BIM in projects and in the company. The project management company DEGES follows the approach of categorisation according to concrete fields of activities, for which, among other things, its own learning platform for BIM competence transfer has been developed. After a detailed introduction, the article presents these fields of activities and thus provides an insight into the BIM measures at DEGES. In the process, the cultural challenges are repeatedly addressed, because digitalisation not only changes working methods, but also the form of cooperation in the project team.

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Nenninger, Frank; Schmidt, MatthiasKombilösung Karlsruhe: ein zukunftsweisendes innerstädtisches TunnelbauprojektBautechnik7/2021516-523Berichte

Abstract

Im Zuge des Ausbaus des schienengebundenen ÖPNV in der Stadt Karlsruhe wurden in den vergangenen Jahren mehrere Stadtteile und umliegende Gemeinden an das Stadtbahnnetz angeschlossen. Hierbei wurden umsteigefreie Verbindungen in die Innenstadt geschaffen. Dies führte zu einem starken kontinuierlichen Fahrgastzuwachs. In der Folge ist das Bestandsnetz im Innenstadtbereich und insbesondere in der Kaiserstraße an seine Kapazitätsgrenze angelangt. Zur Verbesserung der Verkehrsverhältnisse wie auch der Leistungsfähigkeit des schienengebundenen ÖPNV in der zentralen Innenstadt hatte die Stadt Karlsruhe folgende Maßnahmen zur Umsetzung vorgesehen, die unter dem Namen “Kombilösung” zusammengefasst wurden: Das Projekt Kombilösung Karlsruhe besteht aus zwei Teilprojekten, dem Teilprojekt 1 mit dem maschinell herzustellenden Stadtbahntunnel unter der Haupteinkaufsmeile der Stadt Karlsruhe, mit einem bergmännischen Tunnel unter Druckluftbetrieb sowie Tunnelbaubereichen in offener Bauweise. Teilprojekt 2 beinhaltet die Neugestaltung des Straßenbahnboulevards in der Kriegsstraße mit einer oberirdischen Gleistrasse und einem darunterliegenden Straßentunnel. Die Kombilösung verfolgt mehrere Ziele: Verbesserung und Zukunftssicherung des ÖPNV, Schaffen einer “echten” Fußgängerzone sowie eine erhebliche Aufwertung des Stadtbilds.

Kombilösung Karlsruhe: a forward-looking inner-city tunnel construction project
As part of the expansion of rail-based public transport in the city of Karlsruhe, several districts and surrounding communities have been connected to the light rail network in recent years. This has created connections to the city center that do not require change trains. This has led to a strong continuous increase in passenger numbers. As a result, the existing network in the inner city area and especially in Kaiserstraße has reached its capacity limits. In order to improve the traffic conditions as well as the performance of the rail-bound public transport in the central city center, the city of Karlsruhe had planned the following measures for implementation, which were summarized under the name “Kombilösung”: the Kombilösung Karlsruhe project consists of two subprojects, subproject 1 with the light rail tunnel to be constructed by machine under the main shopping mile of the city of Karlsruhe, with a mined tunnel under compressed air operation as well as tunnel construction areas using the cut-and-cover method. Subproject 2 includes the redesign of the tramway boulevard in Kriegsstraße with an above-ground rail track and a road tunnel underneath. The light rail tunnel connects four underground stops in the west-east direction over a length of 2.4 km and three additional underground stops with a 1 km long north-south tube. The road tunnel in Kriegsstraße is being built under a new light rail line and is 1.6 km long. The combined solution pursues several goals: Improving and securing the future of public transportation, which now carries nearly 114 mio. passengers in the city area alone, improving and securing the future of public transportation, which now carries nearly 114 mio. passengers in the city area alone, creation of a “real” pedestrian zone where today there is still one train per direction within one minute of each other as well as a considerable upgrading of the cityscape, especially with the Kriegsstraße reconstruction subproject.

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Benz, MichaelDigitalisierung der Mobilität und deren Einfluss auf die bauliche InfrastrukturBautechnik7/2021524-530Berichte

Abstract

Die disruptiven Effekte der Digitalisierung führen in den letzten Jahren zu einem Paradigmenwechsel in der Mobilität und der Verkehrsplanung. Von einer Modellbetrachtung des Verkehrs transformieren sich die Zielvorstellungen in ein datengetriebenes und zunehmend umweltorientiertes Verkehrsmanagement in Fast-Echtzeit. Die neuen Möglichkeiten und die sich daraus ergebenden Umsetzungen ändern die Anforderungen an die bauliche Infrastruktur. Insbesondere geht es zunehmend darum, die Anforderungen der Versorgungsstrukturen (z. B. Logistik) und der nutzerorientierten Mobilität aufeinander abzustimmen, da beide Systeme die gleiche Infrastruktur verwenden. Dabei sind es die Nutzer/-innen, die als Nachfrager/-innen entsprechender Mobilitäts-/Logistikleistungen als zentrale Stellgröße angesehen werden sollten. Für eine Umsetzung von kundenzentrierten Maßnahmen bedarf es jedoch entsprechender Organisationseinheiten innerhalb von Städten und Kommunen, die die richtigen Maßnahmen auf Basis von anforderungsgerecht aufgearbeiteten (Echtzeit-)Daten treffen. Solche Einheiten können bspw. kooperative Leitstellen sein, die auf Basis von Big Data Analytics sowie Vorhersagen oder Strategievorgaben die “richtigen” Maßnahmen zum Management des Verkehrs vorschlagen oder sogar automatisch treffen.

Digitalisation of mobility and its influence on the construction infrastructure
The disruptive effects of digitalisation over the last few years have led to a paradigm shift in mobility and transport planning. From a model view of traffic, the objectives are transforming into a data-driven and increasingly environmentally oriented traffic management in near real time. The new possibilities and the resulting developments are therefore changing the requirements for the infrastructure. In particular, it is increasingly a question of coordinating the requirements of supply systems (e. g. logistics) and user-oriented mobility, since both systems use the same infrastructure. In this context, it is the end user who should be regarded as the central parameter for the success of the mobility/logistics services. For the implementation of customer-centred measures, however, corresponding organisational units are also required within cities and municipalities that take the right measures based on (real-time) data processed according to their requirements. Such units can be, for example, cooperative control centres that suggest the “right” actions for managing traffic based on big data analytics and as well as forecasts as well as strategy specifications or even automatically adopt them on the basis of strategic specifications.

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Straub, Daniel; Hanisch, Jürgen; Breitschaft, GerhardErinnerung an Prof. Dr.-Ing. habil. Rüdiger RackwitzBautechnik7/2021531-532Essays

Abstract

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Bautechnik aktuell 7/2021Bautechnik7/2021533-537Bautechnik aktuell

Abstract

Nachrichten:
Gebäude virtuell sehen: Augmented Reality im Bau
Roboterhunde auf der Baustelle
Backstein: bewährter Brückenbauer

Einen Besuch wert:
Leuphana Universität Lüneburg

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Kongresse - Symposien - Seminare - MessenBautechnik7/2021537Veranstaltungskalender

Abstract

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Titelbild: Beton- und Stahlbetonbau 7/2021Beton- und Stahlbetonbau7/2021Titelbild

Abstract


Zum Titelbild:
Zwischen Albbruck in Deutschland und Schwaderloch in der Schweiz überspannt eine ca. 200 m lange Fuß- und Radwegbrücke den Hochrhein auf Höhe eines Laufwasserkraftwerks. Dieser Rheinsteg ermöglicht seit 1934 Fußgängern und Radfahrern die Querung des Hochrheins. Wegen starker Korrosionsschäden musste der Überbau grundlegend saniert werden. Mit dem Ersatz der historischen Eisenbetonplatte durch eine 7 cm dünne Carbonbetonplatte konnten das Eigengewicht beibehalten und das Stahlhaupttragwerk sowie alle Unterbauten inklusive der vier Pfeiler im Rhein weiter genutzt werden. Dies sparte gegenüber einem Ersatzneubau Kosten und Zeit. Der Beitrag auf den S. 488 bis 497 gibt einen Überblick über das Gesamtprojekt, erläutert die für den Einsatz notwendigen Untersuchungen und thematisiert die Herausforderungen des Einsatzes von Carbonbewehrung in Ortbetonbauweise. (Bild: Schluchseewerk AG)

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Inhalt: Beton- und Stahlbetonbau 7/2021Beton- und Stahlbetonbau7/2021Inhalt

Abstract

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Fischer, OliverVernünftiger Umgang mit dem Gebäudebestand als Beitrag zum KlimaschutzBeton- und Stahlbetonbau7/2021487Editorials

Abstract

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Bielak, Jan; Rempel, Sergej; Felber, Martin; Durst, Hans-Jörg; Will, NorbertSanierung des Rheinstegs bei Albbruck mit CarbonbetonBeton- und Stahlbetonbau7/2021488-497Aufsätze

Abstract

Der 200 m lange Rheinsteg der Rheinkraftwerk Albbruck-Dogern AG (RADAG) bei Albbruck ermöglicht seit 1934 Fußgängern und Radfahrern die Querung des Hochrheins. Wegen starker Korrosionsschäden musste der Überbau grundlegend saniert werden. Mit dem Ersatz der historischen Eisenbetonplatte durch eine 7 cm dünne Carbonbetonplatte konnten das Eigengewicht beibehalten und das Stahlhaupttragwerk sowie alle Unterbauten inklusive der vier Pfeiler im Rhein weiter genutzt werden. Dies sparte gegenüber einem Ersatzneubau Kosten und Zeit. Obwohl keine Verbundwirkung der Carbonbetonplatte mit den Hauptträgern angesetzt wurde, sollte die Lauffläche in Ortbetonbauweise ausgeführt und kraftschlüssig angeschlossen werden, um die Globalsteifigkeit und das Schwingungsverhalten der Brücke zu erhalten. Die hieraus resultierenden Zwangskräfte aus Schwinden und Differenztemperatur mussten bei der Bemessung der Carbonbetonplatte als Zugnormalspannungen bis hin zur vollständigen Trennrissbildung berücksichtigt werden. Der vorliegende Beitrag gibt einen Überblick über das Gesamtprojekt, erläutert die Untersuchungen zur Zugnormalkraft-Querkraft-Interaktion an Carbonbeton und thematisiert die Herausforderungen des Einsatzes von Carbonbewehrung in Ortbetonbauweise.

Rehabilitation of the bridge Rheinsteg near Albbruck with carbon reinforced concrete
The 200 m long bridge Rheinsteg of the Rheinkraftwerk Albbruck-Dogern AG (RADAG) near Albbruck serves as crossing of the Upper Rhine for pedestrians and cyclists since 1934. Due to severe corrosion damage, the superstructure called for rehabilitation. By replacing the historic reinforced concrete slab with a 7 cm thin carbon reinforced concrete slab, the self-weight could be maintained and the main steel structure and all substructures including the four pillars in the Rhine could be re-used. This saved costs and time compared to a full replacement of the bridge. Although the slab and main steel girders were not designed as composite beam, the new deck had to be cast in-situ and connected rigidly to maintain the global stiffness and dynamic behavior of the bridge. This was expected to result in high constraint from shrinkage and differential temperature. Therefore, design of the carbon concrete slab had to consider tensile normal stresses and complete vertical cracking. This article gives an overview of the project, explains the experimental investigations on the tensile normal force-shear force interaction of carbon reinforced concrete and addresses the challenges of using carbon reinforcement for cast in-situ constructions.

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von der Heid, Ann-Christine; Stark, Alexander; Will, Norbert; Hegger, JosefWeitspannende Sandwichelemente mit vorgespannten Textilbetondeckschichten und geschäumter KernschichtBeton- und Stahlbetonbau7/2021498-507Aufsätze

Abstract

Durch die Kombination von hochfestem Beton und korrosionsresistenten Bewehrungsmaterialien aus carbonfaserverstärktem Kunststoff (CFK) lassen sich Sandwichelemente mit dünnen Deckschichten herstellen, die sich durch eine hohe Tragfähigkeit bei gleichzeitig geringem Gewicht und sehr gute bauphysikalische Eigenschaften auszeichnen. Die hohe Zugfestigkeit des CFK von etwa 2500 N/mm2 ermöglicht auch das Vorspannen der Deckschichten zur Reduzierung der Durchbiegung bei weitspannenden Elementen. Die Leistungsfähigkeit dieser Sandwichelemente wird maßgeblich durch die Schubsteifigkeit des Kerns und den Verbund zwischen den einzelnen Schichten beeinflusst. Mit konventionellen Herstellungsmethoden und vorkonfektionierten Dämmstoffplatten wird nur ein mäßiger Verbund zu den Betondeckschichten erreicht. Daher wird ein Zwei-Komponenten-Reaktionsgemisch aus Polyurethan (PUR) zwischen die bereits erhärteten Deckschichten eingebracht, das die Verbundeigenschaften zwischen den einzelnen Schichten signifikant verbessert.
Im Zuge eines von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) geförderten Projekts wurden solche weitspannende Sandwichelemente mit filigranen und vorgespannten Deckschichten entwickelt, die über einen geschäumten PUR-Kern und linienförmige Verbundmittel miteinander verbunden sind. Im vorliegenden Beitrag werden der Aufbau der Sandwichelemente, die Herstellung von großformatigen Plattenstreifen und die Ergebnisse von Biegeversuchen vorgestellt.

Widespan sandwich elements with pre-stressed layers made of textile reinforced concrete and foamed PU core
The combination of high-strength concrete and corrosion-resistant reinforcement materials made of carbon fibre-reinforced plastic (CFRP) allows the production of durable elements with low layer thicknesses. A high load-bearing capacity combined with low weight and good physical properties are the advantages of these composite structures. The high tensile strength of CFRP of approx. 2500 N/mm2 enables also the pre-stressing of the concrete layers to reduce the deflection of wide-span elements. The performance of sandwich elements is significantly influenced by the shear stiffness of the core and the bond between the single layers. With conventional manufacturing methods and pre-fabricated slabstocks, only a moderate bond between core and concrete is achieved. By using a polyurethane foam (PU), which is mixed of two components and inserted between the already hardened concrete layers, the bond between the single layers can be improved significantly.
In a project funded by the German Research Foundation (DFG), wide-span sandwich elements with filigree and pre-stressed layers were developed, which are connected by a foamed PU core and continuous connecting devices. This article presents the construction of the elements, the production of large-sized sandwich panels and the results of four-point bending tests.

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May, Maximilian; Riegelmann, Philipp; Schumann, Alexander; Curbach, ManfredCarbonstäbe im Bauwesen - Teil 3 - Bestimmung der ZugtragfähigkeitBeton- und Stahlbetonbau7/2021508-517Aufsätze

Abstract

Nachdem im ersten Teil der Veröffentlichungsreihe die grundlegende Materialcharakteristik von Bewehrungsstäben aus Carbonfasern und im zweiten Teil deren Verbundtragverhalten zur umgebenden Betonmatrix beschrieben wurde, wird nun die Bestimmung der Zugtragfähigkeit von Carbonstäben für das Bauwesen thematisiert. Aufgrund der Querdruckempfindlichkeit der Carbonfasern ist der Lasteinleitungsbereich im Zugversuch der kritische Punkt und bedarf bei der Versuchsplanung besonderer Beachtung. Aufbauend auf dem Stand des Wissens zu Verankerungssystemen, die aktuell vor allem bei vorgespannten Bauteilen verwendet werden, wird die Entwicklung einer geeigneten Lasteinleitungskonstruktion vorgestellt, die eine zuverlässige Prüfung der Zugtragfähigkeit des untersuchten Carbonstabs ermöglicht.

Rebars made of carbon fibres for the use in civil engineering - Part 3 - Determination of the tensile strength
After describing the basic material characteristics of carbon fiber reinforced rebars in the first part of the publication series and their composite load-bearing behavior to the surrounding concrete matrix in the second part, the determination of the tensile load-bearing capacity of carbon rebars for civil engineering is now discussed. Due to the transverse pressure sensitivity of carbon fibers, the load application area in the tensile test is the critical point and requires special attention in the test design. Based on the state of the art of anchorage systems, which are currently used mainly for prestressed components, the development of a suitable load introduction design is presented, which allows a reliable test of the tensile strength of the carbon rebars.

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Neues DBV-Heft 46 "Dauerhaftigkeit von Betonbauteilen in Parkbauten - Hintergründe und Erläuterungen zum DBV-Merkblatt (Fassung 2018)" erschienenBeton- und Stahlbetonbau7/2021517Nachrichten

Abstract

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Ebschner, Peter; Kautzsch, René; Lämmlein, Tobias; Holschemacher, Klaus; Terrasi, GiovanniKopfbolzenverankerungen in mit CFK-Bewehrung vorgespannten dünnwandigen HochleistungsbetonfertigteilenBeton- und Stahlbetonbau7/2021518-527Aufsätze

Abstract

Ein Betonfertigteilprodukt mit dem Namen Carbolith© wird von Sacac, einem Hersteller für Betonfertigteile und Schleuderbetonmaste, in der Schweiz hergestellt. Es handelt sich um mit kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffen (CFK) bewehrte, vorgespannte Hochleistungsbetonfertigteile (HPSCC). Die Ursprünge dieser Entwicklung gehen auf Mitte der 1990er Jahre zurück [1]. Neben dem Mastbau erschloss sich im Fassadenbau ein weiteres Anwendungsgebiet [2]. Neben gestalterischen Gründen bestand der Wunsch, leichtere und dauerhaft korrosionswiderstandsfähige Bauteile einzusetzen. In nachfolgenden Forschungsprojekten wurden gezielt Fragestellungen nach einer Materialoptimierung (Betonrezeptur, Matrixzusammensetzung, Oberflächenbeschaffenheit der CFK-Spannbewehrung), der Vorspanntechnologie und deren Lasteinleitung (Keiloptimierung), einer Erhöhung des Vorspanngrads und dem Verhalten unter Brandbeanspruchung nachgegangen [3].
In den Jahren 2012-2015 wurde das Thema der Lasteinleitung in dünnwandige, mit Carbon vorgespannten HPSCC-Profile an der Empa bearbeitet, weil es während der Projektierung stets einiger Improvisation und ingenieurmäßigen Geschicks bedurfte. Es gab weder zuverlässig anwendbare Bemessungsnormen, noch waren für die Lasteinleitung zugelassene Verankerungsprodukte verfügbar. Im folgenden Artikel wird über experimentelle Arbeiten berichtet, die dem Einsatz von Kopfbolzendübeln als Verankerungsmittel in Verbindung mit durch Carbon vorgespannten HPSCC-Profilen dienen sollen.

Headed bolts in pre-tensioned high-performance precast concrete elements reinforced with carbon fibre reinforced plastics (CFRP)
A precast concrete product with the trade name Carbolith© is manufactured in Switzerland by Sacac, a manufacturer of precast concrete elements and spun concrete masts. These are pre-tensioned high-performance precast concrete elements (HPSCC) reinforced with carbon fibre reinforced plastics (CFRP). The origins of this development go back to the mid-1990s [1]. In addition to mast constructions, another field of application was opened up in architectural façade constructions [2]. In addition to aesthetic design reasons, there was also the desire to use lighter and above all permanently corrosion-resistant materials. In subsequent research projects, specific questions concerning material optimization (concrete composition, matrix composition of the CFRP tendons, surface properties), the prestressing technology and its load introduction (wedge optimization), an increase in the degree of prestressing and the behavior under fire load were investigated [3].
In the years 2012 to 2015, the topic of load introduction into thin-walled carbon pre-stressed HPSCC profiles was addressed at Empa because it always required some improvisation and engineering skills during the design phase. There were neither reliably applicable design standards nor approved anchorage products available for a proper load introduction. In the following article, an experimental study is reported on the use of headed bolts as anchoring elements in connection with carbon prestressed HPSCC profiles.

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Lambert, Thomas; Bender, Prof. Dr.-Ing.; Becker, WielandExperimentelle Untersuchungen zum Materialverhalten von Polymerbeton - Anwendung und Potenzial von Polymerbeton im BauwesenBeton- und Stahlbetonbau7/2021528-538Aufsätze

Abstract

Polymerbeton ist ein hochleistungsfähiges Material, welches im Bau- und Maschinenbauwesen bereits eine vielfältige Anwendung erfährt. Im Bauwesen kann das Potenzial des Materials allerdings bislang nicht gänzlich genutzt werden. Ursache ist neben fehlenden normativen Grundlagen für das Material und dessen Bemessung auch eine fehlende Klassifizierung des Materials nach den relevanten bautechnischen Normen. Gerade im Anwendungsbereich tragender Bauteile, wie z. B. hochbeanspruchter Knoten- und Anschlussgeometrien von Stabtragwerken und Ingenieurkonstruktionen, liegt jedoch das Potenzial des Polymerbetons mit seiner hohen Druck- und Biegezugfestigkeit. Um die Anwendungsmöglichkeiten im Bauwesen entsprechend zu erweitern, werden maßgebende Materialparameter eines handelsüblichen Polymerbetons, wie die Druck-, Biegezug-, Zugfestigkeit, der E-Modul sowie die Verbundfestigkeit zum gerippten Betonstahl, nach bautechnischen Normen geprüft und charakteristische Materialkennwerte abgeleitet. Die Untersuchungen variieren nach Probekörpergeometrien, Betonalter und Temperatur. Die Einordnung und Klassifizierung der Materialeigenschaften erfolgt im Vergleich mit normal-, hoch- und ultrahochfesten Betonen.

Experimental investigations on the material behaviour of polymer concrete - Application and potential of polymer concrete in construction
Polymer concrete is a high-performance material that already has a wide range of applications in structural and mechanical engineering. However, in structural engineering the potential of the material cannot be fully exploited due to a lack of standardization of the material and the design, as well as an insufficient classification of the material behaviour according to the relevant civil engineering standards. On the other hand, the potential of polymer concrete with its high compressive and tensile strength is particularly in the application area of load-bearing components, such as highly stressed node and connection geometries of truss and engineering structures. In order to expand the application possibilities in the construction industry, the relevant material parameters of a commercially available polymer concrete, such as compressive strength, bending strength, tensile strength, modulus of elasticity and bond strength to reinforcing steel, are tested according to civil engineering standards. Characteristic values of material properties are derived. The tests vary in specimen geometries, concrete age and temperature. To classify the results, a comparison was made with normal-strength, high-strength and ultra-high-performance concrete.

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