Im Jahre 1969 brachte Apollo 11 die ersten Menschen auf den Mond. Anlässlich des 50-jährigen Jubiläums wurde eine Roadshow konzipiert, die durch mehrere Städte der Vereinigten Staaten von Amerika reisen sollte. Hierfür wurde ein großes mobiles Theaterzelt mit 1 600 Sitzplätzen entwickelt. Als fliegender Bau besteht dieses Zelt aus Einzelelementen, die auf schnellen Aufbau und leichten Transport optimiert sind. Eine bogengestützte Hauptmembrane, eine elastisch gelagerte Projektionskuppel und eine große ETFE-Fassade bilden die verschiedenen Hüllen und nehmen dem Projekt den Zeltcharakter. Anpassbare Fußelemente, verankert mit langen Erdnägeln, dienen als flexible Gründung für die verschiedenen Aufstellorte. Im Sommer 2019 stand das temporäre Theater für “Apollo 11 - the immersive live show” in Pasadena, Kalifornien.

Lunar Dome - tent for the Apollo 11 roadshow
In the year 1969 Apollo 11 brought the first humans to the moon. On the occasion of the 50th anniversary a brig roadshow was designed which should travel through several cities of the United States of America. A huge theatre tent with 1 600 seats was developed. As temporary building the tent consists of single elements which are optimized for a fast assembly and an easy transportation. An arch-supported main membrane, an elastically supported projection dome and a huge ETFE façade form the different envelopes and reduce the tent character of the project. Adaptable base elements, anchored with long pegs, are used as flexible foundation for the different locations. In summer 2019 the temporary theatre for “Apollo 11 - the immersive live show” was in Pasadena.

Wandelbare Leichtbaukonstruktionen mit Membranen erfreuen sich immer größerer Beliebtheit. Durch eine adaptive Gebäudehülle steigt die Funktionalität des Gebäudes und innerhalb von Minuten kann z. B. ein Sportstadion in eine Mehrzweckarena umgewandelt werden. Im Mai 2019 wurde das Al-Janoub-Stadion in Katar eröffnet. Mit seinem 10 800 m2 großen wandelbaren Membrandach ist es ein Meilenstein in der modernen Stadionarchitektur. Dabei wurde das innovative Konzept des wandelbaren Innendachs optimal in das Erscheinungsbild der Gesamtarchitektur integriert. Innerhalb von 30 Minuten ist das wandelbare Membrandach verfahrbar, sodass der gesamte Stadioninnenraum verschattet ist. Die Möglichkeit der Verschattung ist in einem Gebiet mit starker Sonneneinstrahlung essenziell. Ein wandelbares Membrandach hilft dabei, selbst unter extremen Bedingungen die Temperaturen zu reduzieren und den Nutzerkomfort zu gewährleisten.

Games in shade - the retractable roof for the Al Janoub Stadium in Qatar
Retractable lightweight structures using textile membranes are used more and more often. The functionality of a building is significantly increased by the implementation of an adaptive building envelope. A stadium for example can be transformed into a multifunctional arena within minutes. The Al Janoub Stadium in Qatar has been inaugurated in May 2019. With its 10 800 m2 large retractable membrane roof it forms a milestone of modern stadium architecture. The innovative concept of the retractable roof has been developed to perfectly fit to the overall architectural appearance. Within 30 min the retractable roof can be closed to provide full shade for the playing field and the stands. The possibility of providing shade is essential in areas with strong solar radiation to reduce the temperature and to provide a certain user comfort.

In Biogasanlagen werden organische Stoffe unter Anwendung von Gärprozessen natürlichen Ursprungs abgebaut. Dabei entsteht als wesentliches Gärprodukt das Biogas, das aus Methan, Kohlendioxid und Spurengasen besteht. Für die energetische Nutzung des Biogases ist ein Ausgleich der unterschiedlichen zeitlichen Verläufe von Gaserzeugung und Gasverwertung erforderlich. Zu diesem Zweck werden nahezu drucklose, volumetrische Gasspeicher aus technischen Membranen verwendet. Als Membranmaterial kommen technische Textilien auf Polyesterbasis sowie Folienwerkstoffe aus PE, PP oder EPDM zur Anwendung. Die heute vorherrschenden Bauarten sind aus Konzepten entwickelt worden, die auf empirischer Grundlage in der Landwirtschaft entwickelt wurden. Daraus sind funktionale und formale Unvollkommenheiten tradiert worden, die unter heutigen Anforderungen nicht mehr akzeptabel sind. Der Bericht zeigt exemplarisch konzeptbedingte Schwächen auf und liefert damit Hinweise auf den anstehenden Entwicklungsbedarf unter Anwendung aktueller Regelwerke und funktionaler Anforderungen.

Technical membranes in application on biogas-plants as light structure and for gas-storage
Biogas-plants are used for anaerobic digestion of organic material. The main product of the digestion-process is the biogas, which consists of methane, carbon dioxide and a few trace gases. It is necessary to compensate the different trends of gas-production and gas using to exploit the energy content of the biogas. For that technical membranes are used as gas-storage-tanks with variable content at almost normal pressure. The membranes may made of technical textiles of polyester or foils of PE, PP or EPDM. The main today types of gas-storage-tanks dated from concepts, which are developed in the agricultural sector in the 1980s. That causes traded functional and formal imperfection of the storage-systems, which is no longer acceptable under today's requirements. This report demonstrates exemplary the failings of the old concepts and points to upcoming needs of changes considering actual regulations and functional requirements.

Der Wunsch nach einem vermehrten Einsatz von hochfesten, besonders dünnwandigen und/oder speziell geformten Hohlprofilen führte in den letzten Jahren zur Überprüfung und Revision bestehender, traditioneller Bemessungsregeln, u. a. für den Querschnitts- und Bauteilnachweis. Für die - nun deutlich häufiger auftretenden - schlanken Querschnitte der Klassen 3 und 4 stellen die als konservativ erkannten Bemessungsregeln teilweise ein Hindernis für die weitere Verbreitung der neuen Bauweisen dar. Das EU-RFCS-geförderte Projekt HOLLOSSTAB (2016-2019) setzte sich das Ziel, durch den spezifischen Einsatz der Kombination von einfachen numerischen Berechnungsroutinen mit experimentell validierten, analytischen Bemessungsformeln eine deutliche Verbesserung der Bemessungsverfahren zu erzielen. Das Ergebnis dieser Arbeiten ist die Generalised Slenderness-based Resistance Method für die Bemessung von Hohlprofilen unter allgemeiner Druck- und Biegebeanspruchung; sie wird in diesem Übersichtsaufsatz zum Projekt vorgestellt und diskutiert.

New design method for hollow section strength and buckling resistances - the generalised slenderness-based resistance method
The desire for an increase of the use of high-strength, very slender and/or specially formed steel hollow sections has led to the need for a review and revision of common, traditional design rules for these types of members, among them the rules for the cross-sectional and buckling resistances. Due to the more frequent use of slender (classes 3 and 4) cross-sections, the excess conservatism known to exist for this range of sections currently represents an obstacle for the wider use of more innovative structural typologies involving hollow sections. The EU-RFSC project HOLLOSSTAB (2016-2019) set out to develop new design rules with significantly improved results, thereby using a combination of bespoke numerical calculation tools and experimentally validated analytical formulae. The resulting design method, the generalised slenderness-based resistance method for the design of hollow sections under general compression and bending loading, is the subject of this review paper.

In contrast to the Swiss load model used for new bridge structures (SIA 261), which has roots in a Europe-wide weigh-in-motion (WIM) study and considers the full design life of new structures, the model for existing structures (SIA 269) from 2005 is derived from load effects produced by traffic measured by country-specific WIM observations and considers a reduced return period. With growing concerns regarding the scarcity of resources, efforts should be made to ensure safety by increasing the knowledge of loads and load-carrying mechanisms, rather than through overdesign. This paper presents the methodology employed to use WIM data for generating maximum expected load effects on bridges and thus give engineers a tool with which bridge load effects can be accurately derived from real traffic. A re-evaluation using the methodology outlined here began this year. It is planned to use the results of this for the next revision of the Swiss National Annexes to the Eurocodes and SIA 269.

Ein systematischer Ansatz zur Abschätzung der Auswirkungen der Verkehrslast auf Brücken unter Verwendung von Weigh-in-Motion-Daten
Im Gegensatz zum Lastmodell für neue Bauwerke (SIA 261), das auf einer europaweiten WIM-Studie beruht und die volle Bemessungslebensdauer neuer Bauwerke berücksichtigt, wird das Modell für bestehende Bauwerke (SIA 269) aus dem Jahr 2005 aus Lasteffekten des Verkehrs abgeleitet, die durch länderspezifische WIM-Beobachtungen gemessen wurden, und berücksichtigt eine verkürzte Wiederkehrperiode.
Angesichts der wachsenden Besorgnis über die Ressourcenknappheit sollten Anstrengungen unternommen werden, um die Sicherheit durch eine Erweiterung der Kenntnisse über Lasten und Tragfähigkeitsmechanismen und nicht durch eine Überkonstruktion zu gewährleisten. In diesem Aufsatz wird die Methodik vorgestellt, die zur Verwendung von WIM-Daten zur Erzeugung der maximal zu erwartenden Lasteffekte auf Brücken verwendet wird, um den Ingenieuren ein Werkzeug an die Hand zu geben, mit dem die Lasteffekte auf Brücken genau aus dem realen Verkehr abgeleitet werden können. Eine Neubewertung unter Verwendung der skizzierten Methodik begann dieses Jahr, deren Ergebnisse für die nächste Revision der Schweizerischen Nationalanhänge zu den Eurocodes und zur SIA 269 verwendet werden sollen.

Die Verbundbauweise ermöglicht sichere, wirtschaftliche und ökologische Tragwerke. Der Einsatz von Verbundträgern im Verkehrslastverbund erlaubt besonders schnellen Baufortschritt. Für solche Anwendungen kommen im Hochbau meist Verbundträger im Teilverbund zur Anwendung. Im Teilverbund begrenzt die Verbundfuge den Biegewiderstand des Verbundträgers. Nebst den Festigkeitsanforderungen an die Verbundfuge begrenzt auch der Mindestverdübelungsgrad die dabei mögliche Einsparung an Verbundmitteln. Die bisherige Regelung in Eurocode 4 zur Ermittlung des Mindestverdübelungsgrads wird in der Fachliteratur als sicher, aber in vielen Fällen stark unwirtschaftlich beurteilt. In diesem Aufsatz wird die verformungsbasierte Endschlupfmethode als ergänzendes Verfahren zur sicheren und wirtschaftlichen Ermittlung des Mindestverdübelungsgrads vorgestellt. Die Endschlupfmethode stellt ein auf zuverlässigen physikalischen Modellen basierendes Verfahren dar, welches den Einsatz eines weiten Spektrums von Verbundmitteln im für das jeweilige System optimalen Bereich ermöglicht. Für Forschungs- und Entwicklungsschritte, welche eine weiter optimierte Anwendung der Endschlupfmethode ermöglichen, werden zudem Vorschläge formuliert.

On the minimum degree of partial shear connection of composite beams
Composite construction allows for safe, economic and ecological structures. Using composite beams with unpropped construction facilitates a quick construction process. For such applications, composite beams in partial shear connection are common. In partial shear connection the shear connectors limit the bending resistance of the composite beam. Along with strength criteria the minimum degree of partial shear connection limits the potential reduction of shear connectors. The present regulations in Eurocode 4 are reported as safe, yet strongly uneconomical in many cases. This article introduces the deformation-based end slip method as a complementary technique for the safe and economic determination of the minimum degree of partial shear connection. The end slip method is based on reliable physical models and allows the application of a broad range of shear connectors, each in its optimum range. Further, suggestions for further research and development in order to optimise the potential of the end slip method are formulated.

In Zeiten globalen Warenhandels und digitaler Verfügbarkeit spielen Lager- und Gewerbebauten eine zunehmend wichtigere Rolle. Allein in der BRD werden lt. IFBS-Geschäftsbericht jährlich im Bereich von Dach- und Fassadenflächen Stahlsandwichelemente mit einem Polyurethan- oder Mineralfaserkern in einer Größenordnung von 20 Mio. m2 verbaut. In Europa sind dies lt. Forschungsinstitut für Wärmeschutz e. V. München sogar 130 Mio. m2. Diese Bauelemente sind aus Gründen der Wirtschaftlichkeit, Energieeinsparung und Durabilität erste Wahl. Laut EU-Gebäuderichtlinie 2010 sind Neubauten so zu errichten, dass für Heizung, Kühlung und Lüftung möglichst keine Energie verbraucht wird. Dieses Ziel wird ebenso im neuen Gebäudeenergiegesetz festgeschrieben. Neben den bisherigen Strategien, Energieverluste durch größere Bauteildicken einzudämmen, wird im Folgenden die Option der thermischen Bauteilaktivierung aufgezeigt. Drei Ziele werden primär verfolgt: 1) Durch solare Gewinne soll Heizenergie reduziert, CO2 eingespart werden. 2) Mittels energetischer Gewinne soll die Dämmstärke reduziert, Ressourcen geschont werden. 3) Die energetischen Gewinne müssen in einem gebäudetechnischen Szenario valide abgebildet werden, die Wirtschaftlichkeit ist zu prüfen. Die wissenschaftliche Untersuchung fand im FOSTA-Forschungsprojekt “Gebäudeintegrierte solare Stahlsandwichelemente für den Industrie- und Gewerbebau mit Mineralwollkern” (P1253; IGF Nr. 19520 N) statt.

Energized activate sandwich elements with mineral fibre core
In times of global trade in goods and digital availability, warehouse and commercial buildings play an increasingly role. In the BRD alone, steel sandwich elements with a polyurethane- or mineral wool core with a size of 20 million m2 are produced and installed annually in the area of roof and façade. In Europe this is as much as 130 million m2. These components are the first choice for reasons of economy, energy savings and durability. According to the EU - Building-Directive 2010, new buildings are to be constructed in such a way that as little energy as possible is used for heating, cooling and ventilation. This goal is also laid down in the new Building Energy Law. In addition to the previous strategies to contain energy losses by using larger component thicknesses, the option of thermal component activation is shown below. Three goals are primarily pursued: 1) Solar gains should reduce heating energy and save CO2. 2) Insulation thickness should be reduced by means of energetic gains, resources should be conserved. 3) Energetic gains have to validly depicted in a building technology scenario, the economic viability has to bechecked. The scientific investigation took place in the research project “Building-integrated solar steel sandwich elements for industrial and commercial construction”.

Die Versorgung von Neubauten soll möglichst weitgehend unabhängig von fossilen Energieträgern erfolgen. Erneuerbare Energien spielen dafür eine gewichtige Rolle. Eine gute Möglichkeit, erneuerbare Energien ohne viel zusätzlichen Aufwand nutzbar zu machen, ist, bereits vorhandenen Komponenten im Gebäude zusätzliche Funktionen zu geben. Hier kann bspw. die Fassade oder das Dach solarthermisch aktiviert oder durch Fotovoltaikmodule ergänzt werden. Auch Tiefgründungen können neben der statischen Funktion noch eine geothermische Funktion zur Aufnahme oder Abgabe von Wärme erhalten. Neben der Erzeugung bietet sich auch für die Verteilung der Wärme oder Kälte im Gebäude die Integration in Bauteile an. Hier kann bspw. der Boden durch eine Fußbodenheizung oder die Decke durch Deckenstrahlplatten aktiviert werden.
Im Rahmen der Veröffentlichung wird auf die thermische Aktivierung von Stahlkomponenten eingegangen. Es wird eine Lösung vorgestellt, die vorgehängte hinterlüftete Stahlfassade (VHF) solarthermisch zu aktivieren. Außerdem werden zwei Möglichkeiten zur geothermischen Aktivierung von Tiefgründungen mittels Stahlpfählen gezeigt. Zuletzt wird ein System zur thermischen Aktivierung von Stahltrapezprofilen an der Decke erläutert, welches Wärme zuführen oder bei Bedarf abführen kann.

Use of renewable energies by thermal activation of steel components
The supply of new buildings should be as independent from fossil fuels as possible. Renewable energies are important to reach this aim. A good way to achieve a higher usability of renewable energies without much additional effort is to give existing components in the building additional functions. For example, the façade or roof can be solar-thermally activated or extended by photovoltaic modules. Deep foundations can also be given a geothermal function in addition to their structural function to absorb or release heat. Integration into building components is also suitable for the distribution of heat or cold in the building in addition to the generation. For example, the floor can be activated by underfloor heating or the ceiling by radiant ceiling panels.
The publication deals with the thermal activation of steel components. A solution is presented to activate the curtain-type rear-ventilated steel façade by solar thermal means. Furthermore, two possibilities for geothermal activation of deep foundations using steel piles are shown. Finally, a system for the thermal activation of trapezoidal steel profiles at the ceiling is explained, which offers the possibility of adding or if required removing heat.

Anhand dreier Beispiele aus eigener Forschung und Entwicklung werden Herausforderungen und Potenziale im Bereich der Planung und Konzeption innovativer Tragstrukturen für Windenergieanlagen dargestellt. Dabei ist die Ermüdung ein zentrales Thema. Durch die windrichtungsscharfe Bestimmung der Beanspruchungszyklen, die aus den Betriebslasten resultieren, lassen sich die berechneten Schädigungswerte gegenüber einer monodirektionalen Windmodellierung deutlich reduzieren. Durch die Nutzung automatisierter Berechnungswerkzeuge können in der Phase des Variantenstudiums auch Modelle für besonders hohe Gittermasten numerisch generiert und hinsichtlich Entwurf und Bemessung optimiert werden. Ein wichtiger Punkt ist, dass die deutlichsten Kosteneinsparungen bei Turmtragwerken sehr großer Höhen im Bereich von “Selbsterrichtungskonzepten” erzielt werden, worauf der Beitrag auch eingeht. Die Randbedingungen dieser Beispiele, die eingeschlagenen Lösungswege sowie eine Auswahl der erzielten Ergebnisse werden vorgestellt.

Concepts for support structures of wind turbines with examples
Using three examples from research and development activities, the potentials and challenges of novel planning and conception of wind turbines are addressed. Fatigue is an essential topic for dimensioning the components of a wind turbine. By determining the stress cycles resulting from the operating loads with a direction dependent wind, the calculated damage values can be significantly reduced compared to a monodirectional wind assumption. By using automated calculation tools, particularly high lattice towers can be numerically generated and optimized in view of conceptual as well as structural design. By using self-erecting tower structures in the area of very large towers, significant costs in the manufacturing process of the structure may be saved compared to conventional lifting processes. The boundary conditions of these examples, the proposed solutions and a selection of results are presented.

Höhere Ausbeute an Windenergie bedeutet höhere Windtürme. In einem vom Research Fund for Coal and Steel (RFCS) geförderten Projekt “Steel Hybrid Onshore Wind Towers Installed with Minimal Effort” (SHOWTIME) wurde sich mit der Frage beschäftigt, wie sehr große Nabenhöhen (> 180 m) wettbewerbsfähig in Stahlbauweise realisiert werden können. Als Lösung wird ein Stahlhybridturm mit einem unteren Teil in Gittermastbauweise und einem oberen Teil in Rohrvollwandbauweise angestrebt. Da Mobilkräne zur Erreichung solcher Nabenhöhen teuer und teilweise gar nicht verfügbar sind, wurde nach alternativen Möglichkeiten gesucht, den Turm zu errichten. So wurde ein integriertes Hebekonzept entwickelt, mit dem das obere Rohrteil am Übergangsstück per Litzenhub nach oben gehoben wird. Wichtig in diesem Zusammenhang ist auch die temporäre Verbindung der beiden Turmteile im Übergangsstück während des Hebevorgangs, da ein Verkippen des Rohrturms während des Hubs verhindert werden muss. In diesem Beitrag werden der innovative Hebevorgang und verschiedene Schritte zur Auslegung des Hebevorgangs und des Übergangsstücks sowie der durchgeführte Demonstrationsversuch vorgestellt.

Integrated lifting process for hybrid lattice-tubular-towers for wind energy
Higher exploitation of wind energy calls for higher wind towers. As part of the project “Steel Hybrid Onshore Wind Towers Installed with Minimal Effort” (SHOWTIME), funded by the Research Fund for Coal and Steel (RFCS), the question was addressed of how very high hub heights (> 180 m) can be realized competitively in steel construction. The preferred solution is a steel hybrid tower with a lower part constructed as a lattice tower and an upper part as a steel tubular tower. Since mobile cranes to reach such hub heights are very expensive and in some cases not available at all, the consortium was looking for alternative possibilities to erect the tower. Therefore, an integrated lifting concept has been developed, whereby the upper tubular section is lifted upwards at the transition piece by means of a strand lift system. The temporary connection of the two tower sections in the transition piece during the lifting process is also important in this context, as the tubular tower must be prevented from tilting during the lift. In this article the innovative lifting process and different steps for the design of the lifting process and the transition piece are presented as well as the demonstration experiment carried out.

Gründungsstrukturen von Offshore-Windenergieanlagen müssen während ihrer Design-Lebensdauer von oftmals mehr als 25 Jahren den Einwirkungen aus Umgebungsbedingungen, Betriebs- und Extremlasten zuverlässig standhalten. Während ihrer Lebensdauer können Offshore-Gründungsstrukturen Strukturveränderungen oder Schäden erfahren. Aus diesem Grund wurde es in Deutschland vom Bundesamt für Seeschifffahrt und Hydrographie (BSH) zur Auflage gemacht, dass etwa 10 % der Strukturen mit einem Monitoringsystem (Structural Health Monitoring, SHM) überwacht werden. In der Praxis der letzten Jahre haben sich eine typische Sensorkonfiguration aus Beschleunigungs-, Neigungs- und Dehnungssensoren sowie die Auswertung der Schwingungsamplituden, Eigenfrequenzen, Neigungen etc. etabliert. Diese Studie stellt eine neuartige, datenbasierte Quantifizierung von Detektionswahrscheinlichkeiten (Probability of Detection, POD) für Strukturveränderungen vor. In dieser Studie wird beispielhaft untersucht, anhand welcher Indikatoren die beiden Strukturveränderungen Kolkbildung und mariner Bewuchs an einer Monopile-Gründungsstruktur detektiert werden können. Dafür werden numerische Analysen mittels finiter Elemente mit gemessenen Schwingungsdaten eines Offshore-Windparks kombiniert.

Probabilistic approach for detection of structural changes on monopile substructures using measured structural health monitoring data
Substructures of offshore wind turbines have to reliably withstand environmental conditions, operational and extreme loads during their design lifetime that may exceed the time period of 25 years. Within their lifetime, they may experience damage and structural changes. For this reason, the German authority Bundesamt für Seeschifffahrt und Hydrographie (BSH) has stipulated that approx. ten percent of the offshore substructures in a wind farm have to be equipped with a structural health monitoring system (SHM). In the last years, an industry standard has been established with a sensor configuration of accelerometers, inclinometers and strain gauges to evaluate vibration amplitudes, natural frequencies, inclination etc. This study proposes a novel, data-driven approach for the quantification of probability of detection (POD) for structural changes. This study covers exemplarily, which indicators may be suitable to detect two types of structural change on a monopile substructure, scour and marine growth. To achieve this aim, numerical analyses with finite elements are combined with real measured vibration data from an offshore wind farm.

Ring flange connections for tubular towers, such as those for wind turbines or chimneys, are subjected to significant fatigue loading. Apart from the bolts, it is also necessary to carry out a fatigue analysis of the weld connecting the flange to the tower shell. Owing to the presence of the flange, local bending moments occur in the shell which increase the nominal (membrane) stresses, i. e. stress concentrations occur. This paper presents an analytical model for calculating these local bending moments such that stress concentrations can be determined. The analytical model was compared with results from 3D finite element models, and good agreement was found. The results from the model presented are thus deemed appropriate for design purposes.

Analytische Berechnung von Spannungskonzentrationen an Schweißnähten von Ringflanschverbindungen
Ringflanschverbindungen für Rohrtürme, wie solche für Windenergieanlagen oder Schornsteine, sind einer erheblichen Ermüdungsbeanspruchung ausgesetzt. Neben den Schrauben muss auch die Schweißnaht, die den Flansch mit der Turmschale verbindet, gegen Ermüdungsversagen abgesichert werden. Aufgrund des Vorhandenseins des Flansches treten lokale Biegemomente in der Schale auf, die die nominelle Membranspannung erhöhen, d. h., es treten Spannungskonzentrationen auf. In dieser Arbeit wird ein analytisches Modell vorgestellt, um solche lokalen Biegemomente zu berechnen, sodass Spannungskonzentrationen bestimmt werden können. Das analytische Modell wird mit den Ergebnissen von 3D-Finite-Elemente-Modellen verglichen, wobei eine gute Übereinstimmung festgestellt wird. Die Ergebnisse des vorgestellten Modells werden daher für Entwurfszwecke als angemessen erachtet.

Stählerne Druckrohrleitungen in Wasserkraftanlagen führen das Triebwasser von der Wasserfassung über weite Strecken und oft sehr große Höhensprünge hinweg zu den Kraftwerksturbinen. Als gleichzeitige Strukturelemente und Transportleitungen stellen sie besonders hoch und komplex beanspruchte Stahlkonstruktionen dar. Für die Betreiber von Wasserkraftanlagen ist die Bewertung des Zustands von Druckrohrleitungen daher einer der wichtigsten Schritte im Zuge der Erteilung, Erneuerung und Aufrechterhaltung einer Nutzungskonzession durch die staatlichen Behörden. Für die Wasserkraftanlagen in der italienischen Autonomen Provinz Bozen - Südtirol wurden - aufgrund ihrer besonderen Bedeutung für die Energieversorgung des Landes und des Alters der Anlagen - in den letzten Jahren systematisch derartige Zustandsbewertungen (Assessments) durchgeführt. Für die Bewertung bestehender älterer Druckrohrleitungen im Hinblick auf die statisch-konstruktive Trag- und Betriebssicherheit muss dabei - aufgrund des Fehlens von einschlägigen Normen und Regelwerken mit allgemein anerkannten, durchgehenden Vorgehensweisen - auf die Expertise aus verschiedenen Literaturstellen und Fachbereichen zurückgegriffen werden. Das ist der Tatsache geschuldet, dass Druckrohrleitungen typische Eigenschaften sowohl eines (stählernen) Bauwerks als auch einer Hochdruckkomponente des Anlagenbaus aufweisen. Damit spielen die Ergebnisse von zerstörenden und zerstörungsfreien Prüfungen sowie die Anwendung fortschrittlicher numerischer Berechnungen und Nachweisverfahren eine besonders große Rolle. Dieser Beitrag vermittelt einen Überblick über die im Land Südtirol in den letzten Jahren durchgeführten Zustandsbewertungen bei Druckrohrleitungen und die dabei angewandten Methoden.

Assessment of existing steel penstocks in hydropower plants - strategies in the context of the installations in South Tyrol
Steel penstocks carry water over large distances and often steep changes of altitude from the water catchment to the turbines in the powerhouse. As structural elements and - simultaneously - fluid transport lines, they represent steel structural elements that are loaded in a very high and complex manner. For the operators of hydropower plants, the assessment of the structural condition and the associated risks of steel penstocks thus represents one of the crucial steps needed to obtain, renew and maintain an operating concession from public authorities. Assessments of this type were carried out systematically over the course of the last few years for the many hydropower plants in the Italian Autonomous Province of Bolzano - South Tyrol, due to their particular significance for the energy supply of the region and the advanced service life of many plants. The assessment of the structural health and safety of existing, ageing steel penstocks thereby requires expertise drawn from various disciplines and reports from literature, due to the fact that no encompassing, dedicated standard or code of practice for this task is currently available that fully reflects the current state of the art in the reliability and strength of steel structures for this type of components. In fact, steel penstocks in hydropower plants share some features with civil steelwork structures and others with pressure vessels and components. Non-destructive testing techniques as well as advanced, non-linear numerical calculations thus play a significant part. This article gives a summary of the methods and techniques recently applied for the assessment of steel penstocks in South Tyrol.

In diesem Beitrag werden die Grundsätze der mehrstufigen Finite-Elemente-Modellierung für die Bemessung von Stahlverbindungen beschrieben. Der wesentliche Bestandteil der Bemessung durch finite Elemente ist die Validierung und Verifizierung des Modells und seiner Ergebnisse. Für Modelle mit Schalen- und Volumenkörpern handelt es sich um eine Untersuchung der Netzsensitivität. Bei der komponentenbasierten Finite-Elemente-Methode (CBFEM) werden die Stahlplatten mittels nichtlinearer Materialanalyse (MNA) untersucht. Ihre Tragfähigkeit im plastischen Zustand wird durch die Dehnungen begrenzt. Das Verhalten der Komponenten, z. B. von Schrauben, Ankerschrauben, Schweißnähten usw., wird durch die Einführung nichtlinearer Federn berücksichtigt, die das Verhalten der Komponenten in Bezug auf Anfangssteifigkeit, Zugtragfähigkeit und Verformungskapazität darstellen. Zur Erläuterung dieses Vorgehens wird ein Überblick über die Erfolgsgeschichte der Finite-Elemente-Analyse (FEA) in Stahlbauverbindungen zusammengestellt. Dieser Beitrag zeigt Unterschiede zwischen den forschungs- und bemessungsorientierten Modellen und den aktuellen Erkenntnissen in der Modellierung von Verbindungskomponenten. Beide haben ihre Berechtigung in weiterführenden Untersuchungen. Die Validierung und Verifizierung wird am Modell des Blockversagens aufgrund des Versagens für die Knotenblechverbindung und für die durch Biegemomente um beide Achsen belasteten Grundplatten dargestellt. Die Schlussfolgerung zeigt das Potenzial bei der Bemessung von Bauteilen, einschließlich ihrer Anschlüsse.

Component based finite element design of steel joints
This paper describes the principles of multi-level finite element modelling for design of structural steel joints. The internal part of the design by finite elements is the validation and verification of the model and its results. For models by shell and solid elements is mesh sensitivity study. In component bases finite element design (CBFEB) are the steel plates considered by geometrically and materially non-linear analysis (GMNA). Its resistance in elastoplastic stage is limited by strains. The behaviour of components, e. g. of bolts, anchor bolts, welds etc., is treated by introducing nonlinear springs representing its behaviour in term of initial stiffness, ultimate resistance and deformation capacity. To show this process a contribution is prepared, which summarises the history of achievements of finite element analyses (FEA) in structural steel connections. This paper shows differences of the research-oriented and design-oriented models and the currents trends in modelling of connection components. Both have their roles in advanced analyses. The validation and verification is demonstrated on model of block shear during potential failure mode for gusset plate connection and for the base plates loaded by bending moments to both axes. The summary shows the potential in design of elements including its connection.

Mit der Entwicklung von Blindnieten mit Nenndurchmessern d > 6,4 mm ist eine steigende Tendenz der Anwendung im Stahlbau zu erkennen. Gründe für die verbreiterte Anwendung lassen sich vor allem in den Vorteilen gegenüber den klassischen Fügeverfahren finden. Blindniete werden überall dort eingesetzt, wo bspw. das Schweißen oder Schrauben technologisch oder konstruktiv bedingt nicht eingesetzt werden kann oder unwirtschaftlich ist. Bislang existieren seitens der Bemessung und Ausführung von Stahlbauten gemäß DIN EN 1993-1-8 bzw. DIN EN 1993-1-9 sowie DIN EN 1090-2 für Blindnietverbindungen keine allgemeingültigen normativen Vorgaben, sodass auf bauaufsichtliche Verwendbarkeitsnachweise (ETA, abZ/aBG, ZiE) zurückgegriffen werden muss.
In diesem Beitrag werden die Ergebnisse aus systematischen Untersuchungen zur Scher-/Lochleibungstragfähigkeit und zur Schwingfestigkeit von Blindnieten und den damit hergestellten Verbindungen vorgestellt. Ziel der Untersuchungen war die Erweiterung der im Stahlbau bestehenden Bemessungs- und Ausführungsregeln nach der Normenreihe DIN EN 1993 bzw. DIN EN 1090 für Blindnietverbindungen, um zukünftig einen rein rechnerischen Nachweis gegen Querkraftbeanspruchung zu erlauben. Des Weiteren galt es, allgemeingültige Kerbfallklassen gemäß der DIN EN 1993-1-9 für die verschiedenen Blindniettypen und damit hergestellten Verbindungen zu definieren, um so auch den Ermüdungsnachweis nach dem Vorbild des Eurocode 3 zu ermöglichen.

Design and execution of bearing type shear connections with blind rivets in steel construction
With the development of blind rivets with a nominal diameter of d > 6.4 mm accompanies with an increasing tendency for use in steel construction. Reasons for the extended application are mainly the advantages over the classic joining technologies. Blind rivets are used wherever classic joining technologies, such as welding or screwing are not applicable or uneconomical for technological or structural reasons. Unfortunately, there are no adequate normative guidelines for the design and execution of blind rivet connections in accordance with DIN EN 1993-1-8, DIN EN 1993-1-9 and DIN EN 1090-2. Because of this approvals (ETA, abZ/aBG, ZiE) must be used for applications regulated by the building authorities.
In this article, the results of systematic investigations on the shear bearing resistance and the fatigue strength of blind rivets and blind rivet connections are presented. The aim of the investigations was to extend the existing design and execution rules in steel construction according to the DIN EN 1993 and DIN EN 1090 to blind rivet connections in order to allow a purely analytical proof of bearing type connections in future. Furthermore, it was a matter to define detail categories in accordance with DIN EN 1993-1-9 for the different types of blind rivets and connection with blind rivets, in order to enable the fatigue strength verification based on the model of Eurocode 3.

Die Verwendung von vorgespannten Schraubverbindungen aus nichtrostendem Stahl ist in vielen Sonderfällen aus Gründen der Gebrauchstauglichkeit oder der Tragfähigkeit wünschenswert, z. B. beim Einsatz in besonders korrosiver Umgebung oder in Konstruktionen aus nichtrostendem Stahl. Die Verwendung von Schraubengarnituren aus nichtrostendem Stahl ist jedoch aus mehreren Gründen durch DIN EN 1090-2 auf nicht vorgespannte Verbindungen beschränkt. Ressentiments bestehen nach wie vor gegenüber dem Einsatz in vorgespannten Verbindungen aufgrund befürchteter hoher Vorspannkraftverluste sowie der Problematik des Kaltverschweißens (Fressen). Darüber hinaus existieren am Markt derzeit keine Garnituren analog zur Normenreihe DIN EN 14399, welche seitens des Herstellers auf die Eignung zum Vorspannen geprüft werden und auch eine entsprechende kalibrierte Schmierung aufweisen. DIN EN 14399-1 ist zudem auf den Einsatz von Schrauben aus Kohlenstoffstahl beschränkt, sodass auch hier normativ eine Verfahrensprüfung für den Einsatz durchzuführen ist. Der vorgestellte Beitrag soll einen Einblick in die Möglichkeiten der Verwendung von Schraubverbindungen aus nichtrostendem Stahl in vorgespannten Verbindungen im Allgemeinen und in gleitfesten Verbindungen im Speziellen geben. Ferner wird dem Anwender eine Hilfestellung und ein Leitfaden für das Vorgehen innerhalb einer Verfahrensprüfung durch die “Bolt Tightening Qualification Procedure” (BTQP) als Ergänzung zu den Regelungen der DASt-Richtlinie 024 gegeben.

Preloaded bolted connections made of stainless steel
The application of preloaded bolted connections made of stainless steel is demanded in reasons of serviceability or ultimate limit state, e. g. when used in particularly corrosive environments or in stainless steel structures. However, based on EN 1090-2 the use of bolting assemblies made of stainless steel is restricted to non-preloaded bolted connections for several reasons. Resentment still exists against the application of stainless steel bolting assemblies in preloaded connections due to the expected high preload losses and the problem of cold welding (“seizure”). In addition, there are currently no bolting assemblies available on the market comparable to the DIN EN 14399 standards, which are tested by the manufacturer for suitability for preloading including the application of a calibrated lubrication. The main product standard for high-strength structural bolting assemblies for preloading of bolted connections in steel structures, EN 14399-1, is also limited to the application of bolts made of carbon steel, so that the use is also restricted there. Consequently, procedure tests must be carried out for every application scenario. The presented contribution shall give an insight into the possibilities of the application of stainless steel in preloaded bolted connections in general, and in slip-resistant connections in particular. In addition, assistance and guidance for the approach within a procedure test is given by the “Bolt Tightening Qualification Procedure (BTQP)” as a supplement to the regulations of the DASt-Guideline 024.

Im Stahl- und Verbundbrückenbau, aber auch in der Anlagentechnik, bei Kranen oder im Offshore-Bereich unterliegen Fachwerke aus Rundhohlprofilen mit geschweißten K-Knoten und dickwandigen Gurten hoher Ermüdungsbeanspruchung. Für die Ermüdungsnachweise dieser Knoten fehlen bisher jedoch normative Regelungen. Dieser Beitrag gibt einen Überblick über die Ergebnisse des FOSTA-Forschungsvorhabens P1163, das sich deshalb mit diesem Thema beschäftigt hat. Zwei wichtige Aspekte der jüngst abgeschlossenen Untersuchungen waren die Aufbereitung und Erweiterung normengerechter Nachweise auch für einen größeren Anwendungsbereich von Hohlprofilen mit d > 500 mm und die Entwicklung von praxisnahen Empfehlungen zur Ausführung und Qualitätssicherung der Schweißnahtgeometrie. Hierzu wurden Ermüdungsversuche an großformatigen Hohlprofilknoten ( 660 mm × 60 mm Gurte) und an K-Knoten mit planmäßig eingebrachten Schweißnahtunregelmäßigkeiten sowie unterschiedlichen Nahtformen durchgeführt. Begleitet wurden diese Untersuchungen durch gezielte Ultraschallprüfungen mit Phased-Array, die auch zur Entwicklung einer Prüfmethodik für die komplexe Schweißnahtgeometrie herangezogen wurden. Aufbauend auf den Ergebnissen wurde schließlich ein Vorschlag für eine DASt-Richtlinie erarbeitet, um die Ausführung von Fachwerken aus Rundhohlprofilen mit dickwandigen Gurten in der Praxis zu fördern und einen Beitrag für die bauaufsichtliche Akzeptanz dieser Bauweise zu leisten.

Fatigue of welded tubular K-joints made of circular hollow sections - standard-compliant design and weld quality
In steel and composite bridges, in industry structures, cranes or in the offshore industry trusses of circular hollow sections (CHS) with welded tubular K-joints and thick-walled chords are subject to high fatigue loading. However, normative regulations have been lacking so far for a fatigue verification of these joints. This paper summarises the results of the FOSTA research project P1163 dealing with this topic. Two important aspects of the investigations were the extension of the application range to large-sized CHS (d > 500 mm) and the development of practice-oriented recommendations for fabrication and quality assurance of weld geometries. For this purpose, fatigue tests were conducted on large-sized CHS-joints (chord dimensions 660 mm × 60 mm) and on K-joints with specified weld root opening size and weld shape. These studies were accompanied by systematic ultrasonic tests with phased-array which also were used for the development of an inspection method for these complex weld geometries. Based on the results, a proposal for a DASt-Guideline was finally elaborated to promote the acceptance of trusses made of CHS with thick-walled chords in practice and also to take a first step towards standardization.

Im Zuge der Instandsetzung oder Verstärkung von Bestandstragwerken aus Flussstahl stellt üblicherweise Schrauben oder Nieten das bevorzugte Fügeverfahren dar. In vielen Fällen ist es jedoch konstruktionsbedingt günstiger, auf Schweißen als Fügeverfahren zurückzugreifen. Aufgrund der speziellen Eigenschaften alter Flussstähle sind bei Schweißungen besondere Problemstellungen zu beachten. Die Schweißeignung von Flussstählen wird durch ihre inhomogene Gefügestruktur mit stark streuender chemischer Zusammensetzung, Verunreinigungen und Einschlüssen, Seigerungen sowie durch ihre eingeschränkte Werkstoffzähigkeit beeinträchtigt.
Im Rahmen von Forschungsvorhaben an der Hochschule für Technik und Wirtschaft in Dresden wurden schweißtechnisch gesicherte Grundlagen für das Schweißen alter Flussstähle erarbeitet, die sowohl die Erprobung verschiedener Schweißzusatzwerkstoffe und -verfahren als auch die zielgerichtete Steuerung der Verfahrensparameter umfassen. In der vorliegenden Veröffentlichung werden die Ergebnisse der umfangreichen experimentellen und analytischen Untersuchungen zur Schweißeignung von alten Flussstählen vorgestellt. Abschließend wird über erste praktische Anwendungen der Erkenntnisse bei der Sanierung zweier Stahlbrücken berichtet.

Welding old mild steels - an option for the repair of existing structures
When repairing or reinforcing existing structures made of mild steel, bolting or riveting are usually the preferred joining methods. In many cases, however, it is more favourable to use welding as the joining method for design reasons. Due to the special properties of old mild steels, particular problems have to be taken into account when welding. The weldability of mild steels is impaired by their inhomogeneous microstructure with strongly scattering chemical composition, impurities and inclusions, segregations and by their limited material toughness.
In the context of research projects at the Dresden University of Applied Sciences, proven principles for welding old mild steels have been developed, which include the testing of various welding filler materials and processes as well as the purposeful control of the process parameters. The following publication presents the results of the extensive experimental and analytical investigations into the weldability of old mild steels. Finally, first practical applications of the findings are reported on the rehabilitation of two steel bridges.

Im traditionellen Stahlbau (Brücken-, Kranbau) werden Ermüdungsnachweise sowie Nachweise der Restlebensdauer von Bestandstragwerken meist auf Basis des Nennspannungskonzepts durchgeführt. Die in anderen Fachbereichen bereits etablierten alternativen Vorgehensweisen nach dem Struktur- und Kerbspannungskonzept sind durch die Weiterentwicklung der numerischen Berechnungsmöglichkeiten bereits allgemein verfügbar.
Insbesondere bei Bestandstragwerken erhofft man sich durch die Anwendung dieser numerischen Verfahren eine zutreffendere Beurteilung am maßgebenden Konstruktionsdetail und damit verbunden eine Verlängerung der rechnerischen Restlebensdauer. Bei Brücken zeigt sich, dass häufig der Quersteifenanschluss bei Fahrbahnträgern das maßgebende Konstruktionsdetail darstellt und die Restlebensdauer bestimmt. Dieser Beitrag konzentriert sich daher gezielt auf dieses Quersteifenanschlussdetail. Für ein repräsentatives Anwendungsbeispiel werden die Ergebnisse nach Nenn-, Struktur- und Kerbspannungskonzept, auf Basis der Ermüdungsfestigkeiten aktueller Normenwerke (Eurocode, IIW), gegenübergestellt und durch Variation der Geometrieparameter die Einflüsse von Flansch- und Steifendicke aufgezeigt.
Es erfolgen praktische Hinweise zur zutreffenden FE-Modellierung und Spannungsberechnung sowie Vorschläge für zusätzliche notwendige Anpassungsfaktoren des Strukturspannungskonzepts, um bei Variation der Flanschdicke ähnliche Ergebnisse wie nach dem Kerbspannungskonzept zu erhalten.

Application of geometrical stress and effective notch stress method in practice - instruction and experience for transverse stiffener attachment
In general, for steel structures (bridges, crane runway girders) the fatigue verification and calculation of the remaining fatigue life is based on the nominal stress approach. Alternative numerical methods, considering the local stress field at the relevant notch of the detail, are currently available in other fields (mechanical engineering, off shore). They are increasing attractive also in civil engineering, due to forthcoming FEM-software packages and further code developments. In particular, for existing structures the application of numerical methods should improve the fatigue verification, due to consideration of the calculated local stress fields, and should increase the potential remaining fatigue life. For existing bridges, often the transverse stiffener attachment at girders of the carriageway is the decisive detail for the remaining fatigue life of the bridge. This paper therefore focuses on this detail. Based on a representative detail the results of nominal stress, geometrical stress and effective notch stress method are compared against each other. Based on modifications of the detail geometry, the effects of the thicknesses of flange and stiffener on the results are presented. Recommendations for accurate FE-models are given.
Finally, a new modification factor is suggested, in order to get similar results for geometrical stress and effective notch stress method, if the flange thickness is varied.

Verbunddübelleisten gewinnen im Bereich des Verbundbaus und insbesondere im Brückenbau aufgrund zahlreicher Vorteile im Vergleich zu anderen Verbundmitteln immer mehr an Bedeutung. Die schweißnahtfreie Ausführung von Verbunddübelleisten weist insbesondere unter zyklischen Beanspruchungen ein deutlich gutmütigeres Tragverhalten als bspw. konventionelle Kopfbolzen auf. Das zyklische Tragverhalten wird dabei maßgeblich durch die kontinuierliche Veränderung der Eigenschaften in der Verbundfuge charakterisiert. Die Degradation der Verbindung zwischen Stahl und Beton über die Lebensdauer und der daraus resultierende Schlupf der zuvor nahezu starren Verbindung führen zu Umlagerungen von Schnittgrößen zwischen den Verbundpartnern, die das Tragverhalten der Konstruktion verändern. Zudem kann ein Ermüdungsversagen der Verbundfuge, entweder in Form von Ermüdungsrissen im Stahlzahn oder in Form von Betonversagen, bei dem die zunehmende Schädigung des Betons vor der Stahlleiste sowohl in einer signifikanten Schlupfentwicklung als auch in einem zyklischen Ausstanzversagen resultieren kann, auftreten. In diesem Beitrag werden Ergebnisse zyklischer Abscherversuche vorgestellt, in denen unterschiedliche Einflussgrößen auf das Ermüdungsverhalten von Verbunddübelleisten untersucht wurden. Durch die hieraus gewonnenen Erkenntnisse konnten Zusammenhänge zwischen dem Tragverhalten der Verbundmittel unter zyklischer Beanspruchung und verschiedenen last- und materialabhängigen Einflussgrößen abgeleitet werden.

Fatigue of composite dowels - experimental investigations
Composite dowels are becoming increasingly important in the field of composite constructions. In bridge constructions in particular, compo-site dowels offer many advantages over other shear connectors. The weld seam-free design of composite dowels shows a significantly better load-bearing behaviour than, for example, conventional headed studs, especially under cyclic loading. The cyclic load-bearing behaviour is mainly influenced by the continuous change of the characteristics in the shear connection. The degradation of the connection between steel and concrete over the lifespan and the resulting slip in the previously rigid connection leads to rearrangements of internal forces between the composite partners which alter the load-bearing behaviour of the structure. In addition, fatigue failure of the composite joint can occur either in the form of fatigue cracks in the steel tooth or in the form of concrete failure, in which the increasing damage of the concrete in front of the steel dowel can result both in significant slip development and cyclic pry-out failure. This paper presents results of cyclic shear tests in which different influencing variables on the fatigue behaviour of composite dowel bars were investigated. Based on the results, a correlation between the load-bearing behaviour of the composite dowels and various load and material parameters could be derived.

Im Rahmen eines kooperativen Forschungsprojekts der Universität Siegen zwischen der Arbeitsgruppe Technische Mechanik (ATM) des Departments Maschinenbau und des Lehrstuhls Stahlbau und Stahlverbundbau des Departments Bauingenieurwesen wurde eine Methode zur zerstörungsfreien Schadensdetektion an Schrauben und Bolzen entwickelt und auf ihre grundsätzliche Anwendbarkeit hin überprüft. Die Methode basiert auf der Messung von elektromechanischen Impedanzspektren, welche sich bei variierenden Strukturzuständen ändern und so eine Zustandsbewertung ermöglichen. Die Untersuchungsmethode könnte bspw. im Monitoring von Brückenbauwerken etabliert werden.
Im Zuge des Projekts wurden Untersuchungen an Stahlplatten mit orthogonal aufgeschweißten Gewindebolzen durchgeführt. Um bei den Probekörpern das generelle Verhalten von elektromechanischen Impedanzspektren bei unterschiedlichen Zuständen festzustellen, wurden Voruntersuchungen gemacht. Hierbei ist eine gegenläufige Entwicklung der untersuchten Frequenzspektren unter den Einwirkungen “Vorspannung” und “Sägeschnitt am Bolzenfuß” festgestellt worden. Nachfolgend durchgeführte zyklische Versuche haben schließlich die Anwendbarkeit des Verfahrens gezeigt. Im Beitrag werden erste Versuchsergebnisse vorgestellt und darüber hinaus wird die Anwendbarkeit der Messmethodik für das Bauwerksmonitoring diskutiert.

Damage detection using electromechanical impedance spectra - development and validation of a non-destructive structure monitoring system
Within a cooperational project of the University of Siegen between the “Applied Mechanics Group” (ATM) of the Department of Mechanical Engineering and the chair “Steel Construction and Composite Steel Construction” of the Department of Civil Engineering, a new monitoring method for non-destructive damage detection on bolts was developed and tested according to its applicability on real life structures. The method is based on the measurement of electromechanical impedance spectra, which change varying influences on the structure. Therefore this method is suitable for identification of the structural state. The investigation method could be established in the monitoring of bridge structures.
The investigations were carried out on threaded bolts welded onto steel plates. In order to determine the general behaviour of the electromechanical impedance spectra of the test specimens under varying conditions, preliminary investigations were carried out. The expected opposite development of the spectra under the influence of varying preloads and saw cuts was determined. The fatigue experiments which were carried out subsequently have shown the applicability on real life structures. In the article first experimental results are presented and the applicability of the measurement methodology for structural monitoring is discussed afterwards.

Aufgrund von Ermüdungsschäden an der orthotropen Fahrbahn der Rheinbrücke Maxau wurde eine Ertüchtigung der Fahrbahn erforderlich. Diese wird durch das Aufbringen einer Aufbetonplatte aus hochfestem Beton realisiert. Die Bauweise wurde bereits mehrfach durch Anwendungen im Ausland und begleitende wissenschaftliche Untersuchungen erprobt. In Deutschland stellt die Fahrbahnertüchtigung der Maxauer Brücke die erste Anwendung auf einer großen Stahlbrücke dar. Im Vorfeld wurden hierzu Erfahrungen an einem vorgezogenen Pilotprojekt gesammelt. Die Herstellung einer Probeplatte ist ein wichtiges Instrument der Qualitätssicherung im Projekt. Die Bauausführung wird detailliert beschrieben. Abschließend wird auf das begleitende Monitoring und die Umsetzung der Öffentlichkeitsbeteiligung eingegangen. Nach der erfolgreichen Durchführung der Maßnahme ist künftig auch in Deutschland mit einer breiteren Anwendung dieser Ertüchtigungsmethode zu rechnen.

Reinforcement of the Rhein-bridge Maxau - part 2
Due to fatigue cracks in the orthotropic plate of the Rhein-bridge Maxau, the reinforcement of the bridge deck is carried out by bonding a high strength concrete overlay to the deck. In Germany it is the first time, that a deck of a big steel bridge is strengthened in that manner. Valuable experience was obtained in a pilot project in advance. The construction process is described in detail. The succesful realization will allow further applications of this strengthening technique in Germany.

Verbundträger mit Ganzfertigteilen weisen aufgrund der Bildung von Sammelrissen einige Besonderheiten im Vergleich zu Verbundträgern mit Ortbetonplatte und auch solchen mit Teilfertigteilen auf, die mit den herkömmlichen Berechnungsverfahren nicht ausreichend beschrieben werden können. Dieser Beitrag stellt Berechnungsansätze vor, mit denen die Sammelrisse und das spezifische Tragverhalten erfasst und Rissbildung, Rissbreiten sowie Verformungen wirklichkeitsnah beschrieben werden können.

Calculation of crack widths for composite beams using full-depth precast concrete units
Due to formation of accumulated cracks composite beams with full-depth precast concrete units compared to those with in-situ concrete and also with partial-depth precast concrete units show some particularities, which cannot be described accurately using the established methods of calculation. This article presents methods of calculation, which can be used to cover the accumulated cracks and the specific structural behavior and describes crack formation, crack widths and deformations realistically.

Stabförmige Bauteile aus Stahl weisen bei planmäßiger Torsionsbelastung häufig einen einzelligen Kastenquerschnitt auf. Da diese Querschnitte i. d. R. nicht wölbfrei sind, stellen sich, außer den für das Gleichgewicht alleine ausreichenden St. Venant'schen Schubspannungen, im Lagerungs- und Lasteinleitungsbereich zusätzliche Wölbspannungen ein, mit komplexem Spannungsverlauf. Ziel der Arbeit ist abzuklären, inwiefern bei beulgefährdeten Querschnitten ein alleiniger Beulnachweis am isolierten Querschnittsteil (Steg oder Gurt) mit alleinigen St. Venant'schen Schubspannungen eine ausreichende Tragsicherheit liefert. Einleitend erfolgt in dieser Arbeit eine Analyse der Wölbspannungen (&sgr;&ohgr;, &tgr;&ohgr;) für verschiedene Querschnittsgeometrien (Höhen-zu-Breiten-Verhältnis), Querschnittstypen (idente oder unterschiedliche Wanddicke) und Stablängen. Anhand einer Vorstudie zum Beultragverhalten, mit und ohne Wölbspannungen, werden repräsentative Einzelfälle herausgearbeitet, die dann detailliert untersucht werden. Dabei erfolgen GMNIA-Analysen zur Ermittlung der Beultragfähigkeit einerseits am Gesamtstab (inkl. Wölbspannungen) und andererseits am isolierten Querschnittsteil, unter alleiniger St. Venant'scher Torsionsbeanspruchung &tgr;sv. Ergänzend erfolgen auch Ergebnisdarstellungen für Traglastberechnungen mit zusätzlicher Normalkraft- oder Biegebeanspruchung.

Warping torsion on slender box sections - buckling analyses and simplified design verification
Steel members subjected in torsion often have box sections. In general, such sections show warping effects and therefore also local warping stresses (&sgr;&ohgr;, &tgr;&ohgr;) arise, beside torsional shear stresses &tgr;sv. The main object of this work is to clarify, whether for slender sections a buckling verification of an isolated section member (web or chord) with torsional shear stresses &tgr;sv only, gives accurate results. First an analysis of the warping stress fields of different box sections (variation of geometry, thicknesses of web and chord and member length) is presented. Based on a preliminary buckling verification, with and without warping stresses, representative cases are selected. For this individual box section members comprehensive GMNIA-analysis were done, on the overall system (including all warping effects) as well as on the isolated web plate without warping effects. In addition, also members with torsion and additional axial forces or bending moments are analysed.

Im Brückenbau werden Gurtlamellen für die Verstärkung von Trägern eingesetzt, um die Momententragfähigkeit in hoch beanspruchten Bereichen an den tatsächlichen Momentenverlauf anzupassen. Die bereichsweise aufgeschweißten Lamellen ermöglichen eine materialsparende Ausführung im Brückenbau. Unter veränderlicher Beanspruchung können an den Gurtlamellenenden aufgrund geometrischer und metallurgischer Kerbwirkung Ermüdungsrisse entstehen. Um für diese kritischen Stellen eine möglichst hohe Ermüdungsfestigkeit zu erreichen, wird das Konstruktionsdetail in Deutschland mit vergleichsweise großer Nahtdicke und kerbfrei bearbeiteten Nahtübergängen hergestellt. Dafür wird die Lamelle bis zu einer bestimmten Höhe angefast und eine möglichst dicke Schweißnaht mit der gleichen Steigung wie die Fase bis zum Trägerblech geführt, sodass an der Lamellenstirn ein ebener Übergang zwischen Lamelle, Schweißnaht und Trägerblech entsteht. Diese Form der Ausführung und Bearbeitung wirkt sich vorteilhaft auf die Ermüdungsfestigkeit aus. Für die Bemessung kann dieser Vorteil jedoch nur im Rahmen des deutschen Nationalen Anhangs genutzt werden, da ein entsprechendes Detail im Kerbfallkatalog von DIN EN 1993-1-9 [1] fehlt. Um eine experimentelle Grundlage zu schaffen, die eine Aufnahme in den europäischen Kerbfallkatalog rechtfertigt, wurden an der Universität Stuttgart mehrere Serien von Wöhlerversuchen im Rahmen des IGF-DASt-FOSTA-Projekts 19178 “Neubewertung und Erweiterung des Kerbfallkatalogs nach Eurocode 3” [2] durchgeführt.

Fatigue strength of transverse end welds of cover plates
In bridge construction cover plates are used to strengthen flanges in order to adapt the load bearing capacity to stress resultants. The locally welded cover plates enable a material-saving design of cross sections in bridge construction. Under fatigue loading, fatigue cracks might occur at the transverse end weld of the cover plate due to geometric and metallurgical notch effects. To achieve a high fatigue strength, in Germany the constructional detail is traditionally produced with thick welds and smooth transition at the weld toes. For this purpose the lamella is chamfered in thickness direction and a weld with the same slope as the chamfer joins the cover plate to achieve a smooth transition between flange plate, weld and cover plate. This has a positive effect on the fatigue strength. However, a corresponding detail category is missing in the fatigue detail catalogue in DIN EN 1993-1-9 [1]. To create an experimental background that allows the inclusion into the fatigue detail catalogue, several series of Wöhler tests were carried out at University of Stuttgart within the IGF-DASt-FOSTA research project 19178 “Re-evaluation and Extension of the Fatigue Detail Catalogue in Eurocode 3” [2].