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Inhalt: Bautechnik 6/2022Bautechnik6/2022Inhalt

Abstract

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Titelbild: Bautechnik 6/2022Bautechnik6/2022Titelbild

Abstract


Zum Titelbild:
Der von AMDL CIRCLE und Michele De Lucchi entworfene Novartis Pavillon wurde in Basel, Schweiz, eröffnet. Das neue Ausstellungs-, Begegnungs- und Veranstaltungszentrum befindet sich auf dem Novartis Campus und ist das erste öffentlich zugängliche Gebäude auf dem Gelände, das einen Dialog über Life Sciences fördern und zu einem Ort werden soll, der die Vergangenheit, Gegenwart und Zukunft des Gesundheitswesens darstellt (s. S. 491). Quelle: Laurits Jensen; Artwork: Esther Hunziker_1941

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Rolfes, Raimund; Hübler, ClemensStrukturüberwachung zur Schaffung Digitaler Zwillinge bei InfrastrukturbauwerkenBautechnik6/2022423-424Editorials

Abstract

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Reiterer, Alexander; Merkle, Dominik; Schmitt, AnnetteDigitalisierung von Bestandsbauwerken mit KIBautechnik6/2022425-432Aufsätze

Abstract

Der Zustand eines Bauwerks ist dadurch gekennzeichnet, dass er sich mit zunehmendem Alter immer schneller verschlechtert. Eine vorbeugende Maßnahme gegen die Alterung ist umso erfolgreicher, je früher sie ergriffen wird. Um die Nutzung komplexer Bauwerke zu verlängern, sind umfassende Informationen zu einem möglichst frühen Zeitpunkt erforderlich. Auf dem Weg zu einer vorausschauenden Instandhaltung ist Grundlagenforschung zu den Methoden der Erfassung, Zusammenführung und Auswertung aller Geometrie-, Material-, Spannungs- und Alterungsdaten erforderlich. Die Digitalisierung im Sinne der Erzeugung eines Digitalen Zwillings erhält in diesem Zusammenhang eine völlig neue Bedeutung. Sie ermöglicht die Zusammenführung und Echtzeitauswertung aller für Betrieb und Instandhaltung erforderlichen Daten. Die Bauwirtschaft steht hier jedoch vor besonderen Herausforderungen. Bauwerke, insbesondere in der Verkehrsinfrastruktur, sind einzigartige Objekte. Sie zeichnen sich durch enorme Dimensionen aus und haben eine wesentlich längere Lebensdauer als andere technische Anlagen. Die Veränderungen im Sinne einer Zustandsverschlechterung sind sehr gering und daher kaum messbar. Die Basis eines umfassenden Zustandsmonitorings ist eine umfassende und komplette digitale Repräsentation des Bauwerks. Dies bedeutet eine Abbildung der kompletten äußeren und inneren Struktur in einer digitalen Form, inkl. Informationen zu Materialien, Schadstellen etc. Daraus lässt sich die Forschungsfrage ableiten, ob sich eine solche Abbildung effizient umsetzen lässt und in welcher Form und mit welchen Methoden dies möglich ist. Der vorliegende Beitrag gibt einen Überblick, wie die Umsetzung auch für komplexe Objekte gelingt und wie das generierte Modell mit semantischer Information angereichert werden kann.

Digitisation of as-built structures with AI
The condition of a structure is characterised by the fact that it deteriorates faster with age. A preventive measure against ageing is even more successful the earlier it is taken. To prolong the use of complex structures, comprehensive information is required at the earliest possible stage. On the way to preventive maintenance, basic research is required into the methods of acquisition, consolidation and evaluation of all geometry, material, stress and ageing data. Digitisation in the sense of creating a digital twin takes on a completely new meaning in this context. It enables the consolidation and real-time evaluation of all data required for operation and maintenance. However, the construction industry is faced with special challenges here. Structures, especially in the transport infrastructure, are unique objects. They are characterised by enormous dimensions and have a much longer service life than other technical facilities. The changes in terms of degradation are very small and therefore hardly measurable. The basis of condition monitoring is a comprehensive and complete presentation of the structure. This means a digital representation of the complete external and internal structure, including information on materials, defects, etc. The research question can be derived from this, whether such a mapping can be efficiently realised, and in which form and with which methods this is possible. This article gives an overview of how such a mapping can succeed even for complex objects and how the generated model can be enhanced with semantic information.

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Hübler, Clemens; Hofmeister, Benedikt; Wernitz, Stefan; Rolfes, RaimundValidierung von daten- und modellbasierten Methoden zur SchadenslokalisierungBautechnik6/2022433-440Aufsätze

Abstract

Ingenieurbauwerke zeichnen sich u. a. durch ihre Individualität und ihre Langlebigkeit aus. Daher spielt die messtechnische Überwachung von Ingenieurbauwerken eine entscheidende Rolle. Mithilfe von Methoden der Strukturüberwachung können Veränderungen oder Schäden frühzeitig detektiert, lokalisiert und ggf. sogar quantifiziert werden. In Kombination mit einer numerischen Modellbildung können darüber hinaus Digitale Zwillinge erschaffen werden. Digitale Zwillinge bilden Bauwerke über ihr gesamtes Leben ab und können somit helfen, sowohl den Entwurf als auch den Betrieb zu optimieren. Eine Herausforderung bei der Entwicklung von Methoden der Strukturüberwachung ist deren Validierung im Zusammenhang mit realen Anwendungen. In diesem Beitrag wird daher eine Teststruktur vorgestellt, die explizit zur Validierung von Methoden der Strukturüberwachung entwickelt wurde. Die Messdaten der Struktur stehen für Forschungs- und Industrieanwendungen frei zur Verfügung. Zwei unterschiedliche Methoden (daten- und modellbasiert) zur Schadenslokalisation werden vorgestellt, verglichen und validiert.

Validation of data- and model-based methods for damage locations
Civil engineering structures are, inter alia, characterised by their individuality and longevity. Therefore, monitoring of such structures is decisive. Structural health monitoring methods are able to detect, localise and even quantify damage or structural changes in general. In combination with numerical modelling, it is possible to create digital twins. Digital twins represent structures over their entire lifetime. Therefore, they can help to optimise both design and operation of a structure. A challenge for developing structural health monitoring methods is their validation in the context of real applications. Therefore, this paper presents a benchmark structure, which has explicitly been designed for validating structural health monitoring methods. Monitoring data from this structure is freely available for research and industrial purposes. Two different methods (data- and model-based) for damage localisation are presented, compared and validated.

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Mendgen, AnnaBauen mit großformatigen Elementen aus Infraleichtbeton (ILC) - Drei konstruktive Entwurfsvarianten für den GeschosswohnungsbauBautechnik6/2022441-451Aufsätze

Abstract

Infraleichtbeton (ILC) erlaubt mehrgeschossige Wohnungsbauten aus großformatigen Fertigteilen, weil er fester ist als andere Dämmbetone. Da der Werkstoff gleichzeitig trägt und dämmt, entfallen komplizierte (bau-)konstruktive Schnittstellen. Er bietet somit eine monolithische Alternative zum Bauen mit Wärmedämmverbundsystemen (WDVS). Großformatige Elemente aus diesem Werkstoff haben den Vorteil, dass der Fugenanteil minimiert werden kann, wodurch die Kosten für Fügung und Montage reduziert werden. Im Folgenden wird das Konzept des DBU-geförderten Forschungsprojekts ILVO (Vorfabrikation von Fertigteilen aus Infraleichtbeton) vorgestellt. Der Bezug zur Geschichte des Bauens mit vorgefertigten Elementen aus Beton der 1960er-Jahre wird erörtert. Vorbilder bzw. Referenzen, welche die Bearbeitung der Varianten begleitet haben, werden erläutert. Für jede Variante werden ein historisches Referenzprojekt, das Konzept, das Element und die Konstruktion erklärt.

Constructing with large components of infra-lightweight concrete (ILC) - three constructive design options for multi-story housing
In contrast to other insulating concretes, due to its strength, it is possible to build multi-story housing with Infra-Lightweight Concrete (ILC). Since the material simultaneously supports and insulates, complicated (structural) design interfaces are eliminated. It thus offers a monolithic alternative to building with external thermal insulation composite systems. Large components made of this material have the advantage that the proportion of joints can be minimized, which reduces the costs of joining and assembly. In the following the DBU funded project ILVO (prefabrication of large components of ILC) is introduced, and the developed concept explained. A connection to the history of building with prefabricated elements of concrete in the 1960s is drawn - role models and references that have accompanied the development of variations, are introduced. For every variation a historic reference, the concept, the element, and the construction are explained.

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Blandini, Lucio; Haase, Walter; Weidner, Stefanie; Böhm, Michael; Burghardt, Timon; Roth, Daniel; Binz, Hansgeorg; Sawodny, Oliver; Sobek, WernerDer Demonstrator D1244: das weltweit erste adaptive HochhausBautechnik6/2022452-462Aufsätze

Abstract

Adaptive Gebäudehüllen und Tragwerke sind ein möglicher Weg hin zu mehr Ressourceneffizienz im Bauwesen. Eine aktive Manipulation der Geometrie und des Tragwerkverhaltens ermöglicht es, Spannungsverteilungen zu optimieren, Verformungen zu reduzieren und Schwingungen zu dämpfen. Adaptive Gebäudehüllen wiederum können sich an wechselnde Bedingungen im Innen- bzw. Außenbereich anpassen und besser auf Nutzerbedürfnisse eingehen als herkömmliche Systeme. Adaptivität bedeutet die Manipulierbarkeit der Gebäudehülle oder des Tragwerks - und erfordert daher Aktuierung, Sensorik, Steuerungstechnik und Regelungskonzepte. Das übergeordnete Ziel der Adaptivität ist eine Minimierung des Material- und Energieverbrauchs sowie eine Reduktion der mit dem Bauwerk verbundenen direkten und indirekten Emissionen von Treibhausgasen. Das Konzept der Adaptivität wird seit vielen Jahren an der Universität Stuttgart erforscht. Seit 2017 sind diese Arbeiten im interdisziplinären Sonderforschungsbereich SFB 1244 zusammengefasst. Zur Verifizierung der gesammelten Erkenntnisse wurde auf dem Universitätscampus in Stuttgart-Vaihingen Anfang 2021 der Demonstrator D1244 errichtet - das weltweit erste adaptive Hochhaus. Das ca. 36,5 m hohe Gebäude dient als multifunktionale Experimentalplattform, in dessen Stahltragwerk 24 hydraulische Aktoren integriert sind. Jedes Bauteil kann einzeln entnommen und gegen neu entwickelte adaptive Systeme ausgetauscht werden. Der Demonstrator erlaubt in den kommenden Jahren eine flexible Erprobung und Validierung unterschiedlichster Technologien und Materialien im Bereich des Tragwerks und der Fassade.

The demonstrator D1244: the first adaptive high-rise building worldwide
Adaptive skins and structures can make a substantial contribution towards an increased resource efficiency in the built environment. The active manipulation of a structure's geometry and load-bearing behaviour allows for optimized stress distribution as well as reduced deflections and vibrations. Adaptive facades, on the other hand, can react to varying environmental conditions and user needs much better than conventional systems. In order to manipulate building skins or structures, actuators, sensors and control hardware have to be designed along with the respective control concepts. The overall target is to minimize energy and material usage along with all related greenhouse gas emissions. For many years, researchers at the University of Stuttgart have investigated the concept of adaptivity. Starting in 2017, this research has been consolidated in the collaborative research centre CRC 1244. In 2021 the demonstrator D1244 - the world's first adaptive high-rise building, has been built to validate the scientific work carried out so far and to test the technologies developed at the University of Stuttgart. The tower is 36.5 m high and has 24 hydraulic actuators integrated in its steel structure. It will serve as a multi-purpose experimental platform in both the fields of structures and facades. Each element can be replaced with newly developed adaptive systems, thus allowing a flexible testing and validation of different technologies and materials over the coming years.

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Kosse, Simon; König, Markus; Vogt, Oliver; Wolf, Mario; Gerhard, DetlefDigitaler Zwilling für die automatisierte Produktion von BetonfertigteilenBautechnik6/2022463-470Berichte

Abstract

Das Bauen mit Betonfertigteilen birgt viele Vorteile wie Kosten- und Planungssicherheit, Präzision sowie Effizienz. In den meisten Fällen ist die Herstellung von Betonfertigteilen nicht vollständig automatisiert. Es existieren viele manuelle Arbeitsschritte, die eine weitere Steigerung der Produktivität hemmen. Grundlage für die vollständige Automatisierung ist der Einsatz von Informations- und Kommunikationstechnik. Ein Digitaler Zwilling als integriertes Datenmodell ist dafür notwendig. Im vorliegenden Beitrag wird untersucht, wie durch Kombination aktueller Konzepte des Building Information Modeling (BIM) mit Methoden aus dem Kontext der Industrie 4.0, die eine weitestgehend selbstorganisierte und dezentrale Produktion ermöglichen, die Grundlage zur vollständigen Automatisierung und Vernetzung aller Produktionsschritte gegeben werden kann. Basierend auf der Verwaltungsschale, die der Umsetzung des Digitalen Zwillings in der Industrie 4.0 dient, wird durch die Entwicklung von Daten- und Interaktionsmodellen für die industrialisierte Produktion eine geeignete Beschreibung für Digitale Zwillinge von Betonfertigteilmodulen erarbeitet.

Digital twin for the automated production of precast concrete elements
Using precast concrete elements in construction has many advantages, such as cost and planning reliability, precision, and efficiency. In most cases, the production of precast concrete elements is not fully automated. There are many manual work steps that prevent a further increase in productivity. The basis for full automation is the use of information and communication technology. A digital twin as an integrated data model is necessary for this. This paper examines how the combination of Building Information Modeling with methods from the context of Industry 4.0, which enable largely self-organized and decentralized production, can provide the basis for the complete automation and networking of all production steps. Based on the administration shell, which implements the digital twin in Industry 4.0, a suitable description for digital twins of precast concrete modules is being developed by developing data and interaction models for industrialized production.

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Smarsly, Kay; Dragos, Kosmas; Kölzer, ThomasSensorintegrierte Digitale Zwillinge für das automatisierte Monitoring von InfrastrukturbauwerkenBautechnik6/2022471-476Berichte

Abstract

Das automatisierte Bauwerksmonitoring auf Basis Digitaler Zwillinge hat sich als eine zeit- und kostengünstige Ergänzung zu manuellen Inspektionen bewährt, um ein vorausschauendes, prädiktives Instandhaltungsmanagement von Infrastrukturbauwerken zu gewährleisten. Digitale Zwillinge verknüpfen Sensordaten mit digitalen Modellen und Algorithmen, sodass Zustands- und Bestandsinformationen generiert und den Entscheidungsträgern in Echtzeit zur Verfügung gestellt werden können. Üblicherweise ist ein Digitaler Zwilling jedoch als sogenannte Single Source of Truth in Form zentraler Modelle auf einem zentralen Server situiert, sodass sehr große Datenmengen von den Sensoren vor Ort zum zentralen Server gesendet werden und der Server bei einem Ausfall das gesamte Monitoring zum Erliegen bringen würde. Im vorliegenden Beitrag werden die Ergebnisse einer Machbarkeitsstudie vorgestellt, in der Digitale Zwillinge nicht mehr nur als Zentralmodell realisiert, sondern als digitale Modelle mit Algorithmen direkt in die Sensoren eingebettet werden. Jeder Sensor enthält damit einen partiellen Digitalen Zwilling seiner Umgebung, der mit den Digitalen Zwillingen weiterer Sensoren kommuniziert, sodass sich durch die Summe der einzelnen Modelle ein vollwertiger Digitaler Zwilling des gesamten Bauwerks ergibt. Die Machbarkeitsstudie wird beispielhaft anhand eines drahtlosen Bauwerksmonitoringsystems umgesetzt und dessen Praktikabilität am Monitoring einer Fußgängerbrücke aufgezeigt.

Sensor-integrated digital twins for wireless structural health monitoring of civil infrastructure
Digital twins constitute a promising technology that lies at the core of emerging trends within Industry 4.0, such as cyber-physical systems and the Internet-of-Everything. The civil engineering community has been showing increasing interest in adopting digital twins for operation and management purposes, e. g. within the framework of structural health monitoring (SHM). In particular, SHM stands to benefit from the enhanced predictive capabilities of digital twins, which yield richer information on structural conditions than conventional models. However, adapting state-of-the-art digital twins to modern SHM strategies, which rely on wireless technologies, is hardly straightforward. Specifically, digital twins that model a physical process are usually centralized and updated using large amounts of data collected from the physical process. By contrast, wireless SHM systems are distributed, and wireless SHM strategies typically focus on minimizing wireless communication, which is unreliable and power-consuming. In this context, this paper presents the results of a feasibility study that discusses the practical considerations of embedding digital twins in wireless SHM systems. Through field tests on a pedestrian bridge, instrumented with a wireless SHM system, the decentralized embedment of a digital twin - in the form of partial digital twins - into the wireless sensor nodes is reported. The field test results indicate that decentralized digital twins can advantageously be used for advancing wireless SHM.

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Tsiapoki, Stavroula; Segura, Carles Colomer; Ebert, CarstenSchwingungsbasierte Lastrekonstruktion an Gründungsstrukturen von Offshore-WindenergieanlagenBautechnik6/2022477-484Berichte

Abstract

Die Zustandsüberwachung (SHM) der Turm- und Fundamentstrukturen von Offshore-Windenergieanlagen hat sich als anerkannte Regel der Technik in der Praxis etabliert. Ein wichtiger Aspekt dabei ist die Erfassung, Bewertung und Analyse der einwirkenden Ermüdungsbeanspruchungen, um die Anlagen für einen ermüdungsarmen Betrieb zu optimieren und Potenzial für Lebensdauerverlängerungen vorzuhalten. Ermüdungsbeanspruchungen können entweder direkt mittels Dehnungsmessstreifen gemessen oder indirekt aus der Messung von Turmverformungen in Verbindung mit einem mechanischen Modell (z. B. Finite-Elemente-Modell) rekonstruiert werden. Die indirekte Rekonstruktion kann auch mit den Begriffen “virtuelle Sensoren” bzw. “Digital Twin” beschrieben werden. In diesem Beitrag wird vorgestellt, wie Ermüdungseinwirkungen an relevanten Bereichen von Offshore-Gründungsstrukturen, wie z. B. der Turm-Transition-Piece-Verbindung, aus Beschleunigungs- und Neigungsmessungen rekonstruiert werden können. Der Ansatz verwendet die am Turm erfassten strukturellen Antworten sowie ein FE-Modell, um interne Kräfte bzw. Momente in der Struktur zu bestimmen. Es wird anhand realer Beispiele von deutschen Offshore-Projekten gezeigt, wie die Genauigkeit in Abhängigkeit von den zur Verfügung stehenden Messinformationen und berücksichtigten Lastannahmen beeinflusst wird. Die Auswirkungen von Unsicherheiten aus Messung und Modellannahmen (z. B. Kalibrierfehler, Baugrundsteifigkeiten) werden ebenfalls dargestellt.

Vibration-based load reconstruction at support structures of offshore wind turbines
Structural Health Monitoring (SHM) of the tower and foundation structures of offshore wind turbines is an established and acknowledged technical rule in engineering practice. The acquisition, assessment and analysis of the acting fatigue loads is an essential aspect in this field of SHM, since it enables the optimization of turbine operation towards lower fatigue lifetime consumption and provides potential for the extension of service life. Fatigue loads can either be measured directly using strain gauges or indirectly reconstructed from the measurement of tower deformations in conjunction with a mechanical model, e. g., a finite element (FE) model. The indirect reconstruction can also be described by the notions of “virtual sensors” or “digital twin”. The current report presents how fatigue loads on relevant areas of offshore foundation structures, such as the tower-transition piece interface, can be reconstructed from acceleration and inclination measurements. The approach uses the structural responses recorded at the tower and an FE model to determine internal forces or moments in the structure. Using real examples from German offshore wind farms, the effect of the available measurement information and considered load assumptions on the estimation accuracy is shown. The effects of uncertainties from acquisition and model assumptions (e. g. calibration errors and soil stiffness) are also presented.

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Ziegler, Lisa; Schulze, Andreas; Schlechtingen, MeikDigitale Zwillinge von Windenergieanlagen: Sicht eines WindparkbetreibersBautechnik6/2022485-490Berichte

Abstract

Bisher gibt es keine einheitliche Definition des Begriffs Digitaler Zwilling. Allgemein wird unter einem Digitalen Zwilling die virtuelle Abbildung eines physikalischen Objekts verstanden, die dessen Eigenschaften und Verhalten zu jeder Zeit widerspiegelt. Ein Kernaspekt ist die Datenvernetzung von Asset und Digitalem Zwilling für dessen kontinuierliche Aktualisierung. Durch eine konsequente Nutzung von Digitalen Zwillingen über die gesamte Wertschöpfungskette kann das Asset-Portfolio technisch und wirtschaftlich optimiert werden. Dieser Bericht gibt einen Einblick in das Thema Digitale Zwillinge von Windkraftanlagen aus der Perspektive eines Anlagenbetreibers. Zunächst wird der Begriff Digitaler Zwilling im Kontext des Lebenszyklusmanagements von Windenergieanlagen definiert. Daran anschließend erfolgt eine Analyse der an einer modernen Windenergieanlage auflaufenden Datenmenge und -zusammensetzung. Ein besonderer Schwerpunkt liegt dabei auf den Herausforderungen und Chancen zur Nutzung dieser Datenquellen für Digitale Zwillinge. Als Beispiel wird der Aufbau eines datenbasierten Digitalen Zwillings zur Last- und Lebensdauerüberwachung einer Onshore-Windkraftanlage vorgestellt. Der Digitale Zwilling bildet dabei ein zentrales Werkzeug zur Abschätzung der Restlebensdauer des Anlagenturms.

Digital twins of wind turbines: perspectives from an operator
No uniform definition of the term digital twin exists so far. In general, the term digital twin is understood as the virtual representation of a physical object that reflects its properties and behavior at all times. A core aspect is the data network between the asset and digital twin for its continuous updating. Consistent use of digital twins across the entire value chain can optimize the asset portfolio technically and economically. This report provides an insight into the topic of digital twins of wind turbines from the perspective of a wind farm operator. First, the term digital twin is defined in the context of lifecycle management. This definition is followed by analysing the amount and structure of data accumulated from modern wind turbines. Emphasis is placed on challenges and opportunities for using these data sources for digital twins. As an example, a data-based digital twin of an onshore wind turbine with the purpose of load and lifetime monitoring is presented. The digital twin is a central tool for estimating the remaining useful lifetime of the wind turbine tower.

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Bautechnik aktuell 6/2022Bautechnik6/2022491-500Bautechnik aktuell

Abstract

Nachrichten:
Wo Kunst auf Wissenschaft trifft: Der Novartis Pavillon wurde in Basel eröffnet

Veranstaltungen:
Erstes SFB 1463-Netzwerktreffen: Digitaler Zwilling in Industrie und Forschung
Wohin bewegt sich der Straßenbau?

Erratum

Zuschriften:
Zuschrift zum Beitrag “Einbau von Fenstern - Planung des Bauanschlusses”
Weiterführende Erläuterungen zum Beitrag “Einbau von Fenstern - Planung des Bauanschlusses”

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Kongresse - Symposien - Seminare - MessenBautechnik6/2022501Veranstaltungskalender

Abstract

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Titelbild: Beton- und Stahlbetonbau 6/2022Beton- und Stahlbetonbau6/2022Titelbild

Abstract


Zum Titelbild:
Die Umnutzung von ehemaligen Industrie- und Gewerbebauten zu attraktiven Wohnungen hat das Potenzial, die Wohnungsnot besonders in großen Städten zu verringern. Zugleich leistet eine Umgestaltung einen wichtigen Beitrag zum ressourcenschonenden und damit nachhaltigen Bauen, denn sie verlängert u. a. die Lebenszeit eines Gebäudes. Das Projekt View 180 in Frankfurt/M. ist hierfür ein gutes Beispiel. Beim Umbau zu Wohnzwecken wurde der frühere Bürokomplex mit Balkonen nachgerüstet, die zusätzlichen Wohnraum und einen unvergleichlichen Blick auf die Frankfurter Skyline bieten. Die stabile und energieeffiziente Verbindung mit dem Bestandsgebäude sichert das tragende Wärmedämmelement Schöck Isokorb T Typ S. (Foto: Schöck Bauteile GmbH) TEST2

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Inhalt: Beton- und Stahlbetonbau 6/2022Beton- und Stahlbetonbau6/2022Inhalt

Abstract

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Meyer, LarsWir müssen nachhaltig bauen - und wir können das auch!Beton- und Stahlbetonbau6/2022381-382Editorials

Abstract

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Krause, Hans-Jürgen; Horstmann, Michael; Hohmann, Rainer; Zitzelsberger, Thomas; Freimann, Thomas; Heinlein, Ulli; Frisch, JanPlanungsprozesse für erfolgreiche WU-Betonkonstruktionen - Empfehlungen aus der PraxisBeton- und Stahlbetonbau6/2022383-396Aufsätze

Abstract

Bei wasserundurchlässigen Betonbauwerken (Weiße Wannen) übernimmt die erdberührte Stahlbetonkonstruktion in Verbindung mit planmäßigen Fugenabdichtungen und ggf. nachträglichen Rissabdichtungen die Abdichtungsfunktion. Dabei unterscheiden sich die Nutzungsanforderungen der Konstruktionen heute oft kaum noch von denen oberirdischer Geschosse. Um diese hochwertigen Nutzungen sicherzustellen, bieten WU-Richtlinie und zugehörige Begleitliteratur wesentliche inhaltliche Anforderungen und Vorgaben an Planung und Ausführung. Dennoch sind in der Baupraxis zum Teil mangelhafte und schadensträchtige Konstruktionen anzutreffen, die unter anderem auf unzureichende Fachkenntnisse sowie mangelnde Prozesssicherheit bei WU-Planungen zurückzuführen sind. Insbesondere bei zeitlichen Abläufen, technischen Abhängigkeiten, Schnittstellenkoordination und Verantwortlichkeiten herrschen oft Unsicherheiten. Der vorliegende Beitrag beschreibt zunächst häufige Probleme in der Praxis und diskutiert begriffliche Festlegungen beginnend mit WU-Planung, WU-Fachplanung, WU-Koordination und WU-Konzept bis hin zur WU-Objektüberwachung. In Prozessdiagrammen werden erforderliche Schritte und Schnittstellen für eine erfolgreiche WU-Planung in chronologischer Reihenfolge mit ihren technischen Abhängigkeiten dargestellt und den Leistungsphasen zugeordnet. Hierbei werden Planungskonstellationen mit internen und externen WU-Fachplanern unterschieden. Ziel ist es, sowohl für einfache als auch komplexe WU-Bauwerke eine eindeutige Beschreibung der Verantwortlichkeiten, Leistungsumfänge sowie praxistaugliche Abläufe und Abhängigkeiten aller erforderlichen technischen Planungsschritte aufzuzeigen. Planern werden damit weiterführende Arbeitshilfen für eine alltägliche Problemstellung bereitgestellt.

Planning processes for successful waterproof concrete structures - practice recommendations
In waterproof concrete structures (white boxes), the reinforced concrete structure in contact with the soil in combination with planned joint sealings and, if necessary, subsequent crack sealings secures a defined sealing function against ingress of water. The utilization requirements of present waterproof concrete structures are often hardly different from those of above-ground floors. In order to enable these high-quality utilizations, the guideline for waterproof concrete structures and its accompanying literature offer essential requirements and specifications for planning and execution of these building parts. Nevertheless, in some cases defective and damage-prone structures can be found in general practice, which can be traced back e.g. to insufficient technical knowledge and a lack of reliability in the planning process of waterproof concrete structures. In particular, uncertainties often prevail with regard to chronological orders, technical dependencies, interface coordination and responsibilities. This article first describes common problems in general practice and discusses conceptual definitions of stages and elements of planning waterproof concrete structures. In process diagrams, the required steps and intersections for a successful planning of waterproof concrete structures are presented in chronological order with their technical dependencies and assigned to the service phases. A distinction is made between planning constellations with internal and external planner of waterproof concrete structures. The aim is to provide a clear description of the responsibilities, scope of services and practical procedures and dependencies of all the required technical planning steps for both simple and complex structures. Planners are thus provided with further working aids for an everyday problem.

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Wolfger, Hannes; Kollegger, JohannFrühzeitiges Versagen bei hochfesten Stahlbetonstützen mit großen StabdurchmessernBeton- und Stahlbetonbau6/2022397-409Aufsätze

Abstract

Der Einsatz hochfester Materialien im Stahlbetonbau ermöglicht die Herstellung schlanker Bauteile. Vor allem im Hochhausbau kann dadurch die Wirtschaftlichkeit eines Gebäudes gesteigert werden, etwa durch die Erhöhung der Nutzflächen aufgrund schlanker Stützen. Untersuchungen aus der Vergangenheit dokumentierten hingegen ein frühzeitiges Bauteilversagen beim Einsatz von hochfestem Beton in Stahlbetonstützen. Vor allem bei zentrischem Druck kann die rechnerische Querschnittstragfähigkeit des Druckglieds aufgrund der Abplatzung der Betondeckung nicht erreicht werden. Diese Untersuchungen waren jedoch vom Bewehrungsgrad (≤ 6 %) und den verwendeten Stabdurchmessern (≤ 25 mm) stark begrenzt. Aus diesem Grund wurden an der TU Wien experimentelle Untersuchungen an hochfesten Stützen durchgeführt, welche in diesem Beitrag beschrieben werden. In zwei Versuchsserien wurde der Einfluss unterschiedlicher Stabdurchmesser (bis 63,5 mm), verschiedener Stahlgüten (B 550 und SAS 670/800) und der Einfluss der Dicke der Betondeckung untersucht. Des Weiteren beinhalten die Versuchsserien Untersuchungen an Stoßausführungen bei Ortbetonstützen und bei Fertigsteilstützen.

Early failure of high-strength concrete columns with large bar diameters
The use of high-strength materials in reinforced concrete constructions enables the manufacture of slender elements. This can increase the economic efficiency of a building, especially in high-rise construction, for example by increasing the usable living space due to slender columns. Studies from the past documented early component failure when using high-strength concrete in reinforced concrete columns. In the case of centrically compression the calculated cross-sectional load-bearing capacity of these compression member cannot be achieved due to the spalling of the concrete cover. However, these investigations were severely limited by the degree of reinforcement (≤ 6 %) and the bar diameters used (≤ 25 mm). For this reason, experimental investigations were carried out on high-strength columns at the TU Wien, which are described in this article. The influence of different bar diameters (up to 63.5 mm), different steel quality (B 550 and SAS 670/800) and the influence of the thickness of the concrete cover were examined in two test series. Furthermore, the test series includes investigations of joints from in-situ concrete columns as well as in precast columns.

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Leutbecher, Torsten; Heck, Lennart; Schleiting, MaximilianPrüfung von UHFB nach DIN EN 14651 - Zum Einfluss der Probekörperherstellung auf die PrüfergebnisseBeton- und Stahlbetonbau6/2022410-421Aufsätze

Abstract

Ultrahochfester Beton (UHFB) wird in der Praxis meist fließfähig bis sehr fließfähig verarbeitet. Der Entwurf der DAfStb-Richtlinie “Ultrahochfester Beton” sieht für diesen Fall vor, dass die Balken, an denen die residuelle Biegezugfestigkeit des stahlfaserbewehrten UHFB bestimmt wird, durch Befüllen der Schalung von einer Stirnseite aus hergestellt werden. Um sicherzustellen, dass mit diesem Verfahren reproduzierbare Prüfergebnisse erzielt werden, wurden im Rahmen eines vom Deutschen Ausschuss für Stahlbeton geförderten Forschungsvorhabens 3-Punkt-Biegeversuche an Balken aus Feinkorn- und Grobkorn-UHFB durchgeführt und die Verteilung und Orientierung der Fasern ausgewertet. Im Zuge dieser Untersuchungen wurde auch ein alternatives Verfahren der Probekörperherstellung getestet. Für alle Probekörper wurden die residuellen Biegezugfestigkeiten sowie die Faseranzahl, der “effektive” Fasergehalt und die Faserorientierung nahe dem Bruchquerschnitt bestimmt. Unterschiede zeigten sich in erster Linie in Hinblick auf den Größtkorndurchmesser, während ein signifikanter Einfluss der Herstellmethode nicht zu erkennen war. Die Ergebnisse legen nahe, dass die untersuchten Methoden gleichermaßen für die Probekörperherstellung geeignet sind.

Testing UHPFRC according to DIN EN 14651 - Effect of manufacturing procedure on the test results
In practice, ultra-high performance fibre-reinforced concrete (UHPFRC) is usually produced so that it is flowable to very flowable. The draft of the DAfStb Guideline “Ultra-high-Performance Concrete” defines for this case that the beams, on which the residual flexural tensile strength of UHPFRC is determined, are produced by filling the moulds from one end face. In order to ensure that reproducible test results are obtained by this method, three-point bending tests were carried out on beams made of fine- and coarse-grained UHPFRC and the distribution and orientation of the fibres were evaluated as part of a research project funded by the German Committee for Structural Concrete. In the course of these investigations, an alternative method of producing the test specimens was also tested. The residual flexural tensile strengths as well as the number of fibres, the “effective” fibre volume fraction, and the fibre orientation near the failure section were determined for all specimens. Differences were primarily found with regard to the maximum aggregate size, while a significant influence of the manufacturing procedure could not be identified. The results suggest that the investigated methods are equally suitable for manufacturing the test specimens.

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Gebäudesanierung ist auch ohne Förderung wirtschaftlichBeton- und Stahlbetonbau6/2022421Nachrichten

Abstract

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Look, Katharina; Mark, PeterStahlfasern ersetzen Bewehrung - Fundamente aus Halbfertigteilen mit hoher FasermengeBeton- und Stahlbetonbau6/2022422-432Aufsätze

Abstract

Ziel des Beitrags ist es, kreuzweise Oberflächenbewehrungen von ca. 4 bis 8 cm2/m vollständig durch Stahlfaserbeton zu ersetzen. Dies gilt für die Tragfähigkeit genauso wie für die Abschätzung der Rissbreiten. Dazu werden Halbfertigteile (HFT) mit sehr hohen Fasermengen vorgefertigt und anschließend mit Ortbeton ergänzt. Das Konzept ist für die untere Bewehrung von Fundamenten oder für Wände in Halbfertigteilbauweise geeignet. Es vereinfacht und beschleunigt den Bauablauf und reduziert erheblich die Bewehrungsarbeiten. Im Beitrag wird das Konzept an einem Einzelfundament lx × ly × h = 1,1 × 1,1 × 0,3 [m] mit einem 10 cm hohen HFT und 140 kg/m3 endverankerten hochfesten Stahlfasern umgesetzt. In zwei realmaßstäblichen Experimenten wird die Biegetragfähigkeit des Fundaments mit HFT gegenüber einem klassisch bewehrten Stahlbetonfundament als Referenz getestet. Beide waren so ausgelegt, dass die Bewehrungsmenge bei Fließen in etwa dieselbe Zugkraft aufnimmt wie der Stahlfaserbeton nach Rissbildung. Die Faserbetonlösung besitzt eine rund 14 % höhere Tragfähigkeit, eine höhere Steifigkeit nach Rissbildung, eine geringere Verformungskapazität auf dem Lastniveau der Tragfähigkeit und auf Lastniveau der Gebrauchstauglichkeit etwa gleiche Rissbreiten.

Steel fibers substitute reinforcement - Foundations made of precast elements with high fiber contents
The contribution aims to completely replace crosswise surface reinforcement of approx. 4 to 8 cm2/m with steel fiber reinforced concrete. This applies to the load-bearing capacity as well as to the calculation of crack widths. For this purpose, semi-finished parts are prefabricated with very high fiber contents and then added by in-situ concrete. The concept is suitable for the bottom reinforcement of foundations or walls in semi-precast construction. It simplifies and accelerates the construction process and considerably reduces the reinforcement work. In the contribution, the concept is implemented on a single foundation lx × ly × h = 1.1 × 1.1 × 0.3 [m] with a 10 cm thick semi-finished part and 140 kg/m3 high-strength steel fibers. In two real-scale experiments, the flexural capacity of the foundation with the semi-finished part is tested against a classically reinforced foundation as a reference. The reinforcement was chosen to bear approximately the same tensile force at yielding as the steel fiber reinforced concrete after cracking. The steel fiber reinforced concrete solution has about 14 % higher load-bearing capacity, higher stiffness after cracking and lower deformation capacity at the load-bearing capacity level and same crack widths at the serviceability load level.

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Betschoga, Christoph; Sever, Yolcu; Tung, Nguyen Duc; Lutz, Matthias; Tue, Nguyen VietBiegeschubtragfähigkeit zentrisch vorgespannter Stahlbetonbalken unter GleichstreckenlastBeton- und Stahlbetonbau6/2022433-444Aufsätze

Abstract

Es wurde ein experimentelles Programm zur Untersuchung des Einflusses einer zentrischen Vorspannung auf die Querkrafttragfähigkeit von Stahlbetonbalken ohne Querkraftbewehrung durchgeführt. Insgesamt wurden zwölf vorgespannte Einfeldträger und Kragarme unter Gleichstreckenlast getestet. Die Versuchsergebnisse zeigen, dass der Einfluss der Normalkraft bei den Kragarmen mit Gleichstreckenlast, bei denen der kritische Schubriss im Bereich hoher Momentenbeanspruchung auftritt, deutlich geringer als bei Einfeldbalken mit Gleichstreckenlast ist. Der Einfluss der Vorspannung wird somit maßgeblich durch die damit verbundene Änderung des Rissbilds und der Dehnungsebene am Querschnitt mitbestimmt. Ergänzend wurde eine umfassende nichtlineare FE-Parameterstudie durchgeführt. Durch Kombination der experimentellen und numerischen Untersuchungen kann der Einfluss der Vorspannkraft auf die Querkrafttragfähigkeit bei unterschiedlichen statischen Systemen und Belastungen quantifiziert werden.

Shear capacity of prestressed beams subjected to uniformly distributed load
An experimental study on the influence of a centric prestressing on the shear capacity of RC-beams without shear reinforcement was conducted. The experimental program consisted of twelve simply supported and cantilever prestressed beams under uniformly distributed loads. The results have shown significant differences of the influence of the prestress force on the shear capacity with regards to different M/V-combinations in the shear span. The increase of shear capacity due to prestressing is for the cantilever beams considerably smaller than that of the simply supported beams. In addition, a nonlinear FE-simulation was performed. Based on the experimental results and the conducted parametric FE study the enhancement factor of the shear capacity with respect to the centric prestress can be quantified for different static systems and loading configurations.

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Hitzler Ingenieure Düsseldorf: Wohnbauprojekt erfolgreich an Auftraggeber übergebenBeton- und Stahlbetonbau6/2022444Nachrichten

Abstract

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Fingerloos, Frank; Hornig, Ute; von Thaden, HaraldErläuterungen zum DBV-Merkblatt "Injektionsschlauchsysteme und quellfähige Einlagen für Arbeitsfugen"Beton- und Stahlbetonbau6/2022445-450Berichte

Abstract

Das DBV-Merkblatt “Injektionsschlauchsysteme und quellfähige Einlagen für Arbeitsfugen” ist in der überarbeiteten Fassung Dezember 2020 veröffentlicht worden. Zwei neue Themen in Bezug auf die Injektionsschlauchsysteme sind dabei die Festlegungen zur Fugenrauigkeit im Verlegebereich und die Erweiterung des Anwendungsbereichs auf Ingenieurbauwerke im Regelungsbereich der öffentlichen Verkehrsträger für Straße und Wasser. Auf diese Themen wird in diesem Beitrag eingegangen.

Explanations on the DBV-Guide-to-good-practice “Injection hose systems and swellable sealing strips for construction joints”
The DBV Guide-To-Good-Practice “Injection Hose Systems and Swellable Sealing Strips for construction joints” has been published in the revised version of December 2020. Two new topics in relation to injection hose systems are thereby the specifications for the joint roughness in the installation area and the extension of the area of application to engineering structures in the regulatory area of public transport carriers for roads and water. These topics are dealt with in this article.

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Beton- und Stahlbetonbau aktuell 6/2022Beton- und Stahlbetonbau6/2022451-456Beton- und Stahlbetonbau aktuell

Abstract

Nachrichten:
Ernst & Sohn Ingenieurbaupreis 2022: Übergabe der Siegerplakette & Veröffentlichung der Dokumentation
BAUKONGRESS - Großes Comeback gefeiert!
Münchener Kranbahntag am 21. September 2022
Baustoffindustrie veröffentlicht Studie zur Rohstoffnachfrage bis 2040
Bayerischer Ingenieurpreis 2023 ausgelobt

Persönliches:
Gerhard Mehlhorn - 90 Jahre
Enthusiasmus - Harald Budelmann 70 Jahre

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