Dieser Artikel enthält eine Zusammenfassung von Ergebnissen des Forschungsverbundvorhabens “OGOWIN: Optimierung aufgelöster Gründungsstrukturen für Offshore-Windenergieanlagen hinsichtlich Materialeinsatz, Montageablauf und neuer Fertigungsverfahren”. Die Ergebnisse umfassen (1) eine Untersuchung des dynamischen Verhaltens der verschiedenen Gründungsvarianten Monopile, Tripod und Jacket, (2) die Ermittlung einer Wöhlerlinie für den Grundwerkstoff eines Stahlgussknotens, (3) die Ermittlung der Traglast eines Stahlgussknotens in einem 1:1-Versuch sowie (4) Berechnungen zur Form- und Materialoptimierung. Zur Überwachung der Gebrauchstauglichkeit während des Betriebes wurden relevante Parameter hinsichtlich ihres Einflusses auf die ersten Eigenfrequenzen der o. g. Gründungskonstruktionen rechnerisch untersucht. Untersuchungen der Ermüdungsfestigkeit und die erstmalige experimentelle Ermittlung der Traglast eines Gussknotens tragen zu einem optimierten Entwurf durch genaue Kenntnis des Materialverhaltens und der höchstbeanspruchten Bereiche bei. Darüber hinaus konnte gezeigt werden, dass eine geometrische Optimierung des Stahlgussknotens unter konstruktiven Randbedingungen zu einer Verringerung des Materialaufwandes bzw. zu einer Erhöhung der Traglast führen kann.

Structural behaviour of offshore support structures - Computational and experimental analysis
This paper contains a summary of the joint research project “OGOWIN: Optimisation of support structures for offshore wind turbines regarding the material consumption, the construction and production sequence as well as new production methodologies”. The results comprise (1) a modal analyses of various types of offshore wind turbine support structures, (2) the fatigue strength testing of the cast steel material, (3) a large scale ultimate capacity test of a cast steel tube connection and (4) an optimisation of the tube connection aiming at material and stress reduction. The sensitivity of the relevant parameters on the first natural frequencies was quantified and the most influencing parameters were identified. The analyses of the fatigue strength and of the ultimate capacity of the cast steel tube connection support an optimised design by precise knowledge of the failure mechanisms and material behaviour. Moreover, it is shown that optimising the cast steel node can reduce the material use and stress concentration.

In diesem Artikel werden numerische Simulationen zum Tragverhalten der Zwischenbohlen kombinierter Stahlspundwände bei Belastung durch Wasserdruck vorgestellt. Dabei wird das Rotationsverhalten der Spundwandschlösser berücksichtigt. Die maximale Tragfähigkeit der Zwischenbohlen wird anhand der numerischen Simulationen ermittelt. Anschließend werden Stabwerksmodelle entwickelt, um die Standsicherheit der Zwischenbohlen nachweisen zu können.

Numerical simulation of the bearing behavior of the secondary elements of combined sheet pile constructions under water pressure.
The bearing behavior of the secondary elements of combined sheet pile constructions is investigated using numerical simulations. The secondary elements are only loaded by water pressure. The bearing capacity is determined and simplified models are developed to predict the stability of secondary elements loaded by water pressure.

Der Lastfall Zugentgleisung ist auch bei Schnellbahnen im Hochgeschwindigkeitsbereich als ein "normaler" Katastrophenlastfall aufzufassen, der bei der Dimensionierung von Brückenstützen in der Nähe der Lichtraumprofile der Züge unbedingt zu berücksichtigen ist. Der entsprechende Seitenstoß ist mit dem Sicherheitsfaktor "eins" von den Stützen aufzunehmen, es sei denn, daß eine Reduzierung der Stoßlasten z. B. durch Schrammborde oder weichen Zerschellschichten gelingt. Die Erfahrung eines schweren Eisenbahnunglücks hat in der jüngsten Vergangenheit gezeigt, daß die entsprechenden Stoßlasten der Normvorschriften viel zu gering angesetzt worden sind.

Weil die Ermittlung des Erddrucks eine alltägliche Aufgabe ist, wird oft übersehen, daß die praxisüblichen Verfahren zur Berücksichtigung der Kohäsion und des Porenwasserdrucks im unkonsolidierten Zustand unzulänglich sind. Die Modellvorstellung des "Binnendrucks" ist der Schlüssel zu einer widerspruchsfreien Theorie der Kohäsion und des Porenwasserdrucks. Es ergeben sich wertvolle, recht subtile Einsichten bezüglich des inneren Spanungszustandes im Korngerüst des Bodens, und die nahe Verwandtschaft zwischen Kohäsion und Porenwasserdruck wird deutlich. Die auf der Grundlage des "Binnendrucks" hergeleiteten Formeln sind außerdem einfacher und allgemeingültiger als die althergebrachten Ausdrücke; der konzeptuell schwierige unkonsolidierte Zustand wird automatisch richtig erfaßt. Sämtliche Formeln gelten sowohl für den aktiven als auch für den passiven Erddruck.

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Beton ist eines der wichtigsten Baumaterialien in der modernen Ingenieurspraxis und findet sein Anwendungsgebiet im Brückenbau, Hochbau und Grundbau. Beton ist ein Material, welches sein Verhalten im Laufe der Zeit in Abhängigkeit von den Umweltbedingungen verändert. Besonders Verformungen, die durch Kriech- und Schwindprozesse hervorgerufen werden, spielen eine wichtige Rolle in der Bemessung von Betonstrukturen - vor allem im Hinblick auf die Gebrauchstauglichkeit. Bereits in den ersten Bemessungsnormen für Betonstrukturen gab es Regelungen hinsichtlich der Berücksichtigung dieser Einflüsse. Zu Beginn wurden die Verformungen mit einem äquivalenten Temperaturgradienten berücksichtigt. Erst mit der Herausgabe der Spannbetonnormen wurden entsprechende Kriech- und Schwindmodelle vorgeschlagen und bis hin zur heute gängigen Praxis weiterentwickelt. Im ersten Teil dieser Arbeit wird ein Überblick über die historische Entwicklung dieser Modelle bis zu den heute geltenden Eurocode 2 und fib Model Code-Richtlinien gegeben. Im zweiten Teil wird eine Sensitivitätsanalyse der Eingangsparameter der aktuellen Modelle präsentiert, gefolgt von einem Anwendungsbeispiel, in dem die Unterschiede der verschiedenen Modelle auf Basis einer Durchbiegungsberechnung veranschaulicht werden.

Evolution of creep and shrinkage models for concrete structures in Austria and Germany - Evaluation of the current models regarding the sensitivity of the input parameter
Concrete is one of the most important materials in civil engineering structures and finds its application in the building of bridges, ground engineering and building construction. As widely known, concrete is a material which changes its behavior with time in dependency of the environmental conditions. Especially the long-term deformations caused by creep and shrinkage processes are of great interest regarding the durability and sustainability of infrastructures. Early versions of design codes gave some guidelines on how to treat deformations caused by these sources. In the beginning, these deformations were taken into account by an additional temperature drop. The first sophisticated approaches on how to deal with these long-term processes were published in the standards for prestressed concrete structures. These early models were updated and improved to today's prevailing documents such as the Eurocode 2 and the fib Model Code. The first part of this paper gives an overview of the historical development of creep and shrinkage models in Austria and Germany until today's guidelines. The second part presents a sensitivity study of the current models regarding the input parameters for some given scenarios. Lastly, the differences between the models are highlighted based on an application example taken from literature.

Querkraftbeanspruchte Stahlbetonplatten können unter bestimmten Umständen durch zusätzliche Zugnormalspannungen belastet sein. Beispiele dafür sind Platten unter Zwangbeanspruchung, Stahlbetonfahrbahnplatten von Verbundbogenbrücken oder Silowände. Der Ansatz zur Berücksichtigung von Normalspannungen im aktuellen Bemessungskonzept für Querkraft ohne Querkraftbewehrung nach Eurocode 2 (EC2) wurde über Versuche an vorgespannten Einfeldträgern kalibriert. Da der Einfluss von Zugnormalkräften durch den Bemessungsansatz nur näherungsweise erfasst wird, wurden am Institut für Massivbau der RWTH Aachen Versuche an Plattenstreifen unter Querkraft- und gleichzeitiger Zugnormalkraftbeanspruchung durchgeführt. Neben Einfeldträgern wurden auch Plattenstreifen mit Durchlaufwirkung getestet, um den Einfluss praxisnaher statischer Systeme zu untersuchen. Durch den Momentenwechsel im Mehrfeldsystem entsteht ein Bereich ohne Biegebeanspruchung, der das Schubfeld in zwei Abschnitte unterteilt (Feld- und Stützmomentenbereich). Da sich beim Biegeschubversagen der maßgebende Schubriss in der Regel aus einem Biegeriss entwickelt, wird das Tragverhalten zum einen durch das statische System beeinflusst und zum anderen durch die kombinierte Normalkraft- und Biegebeanspruchung. Abweichend vom linearen Ansatz der Normalspannung im EC2 wurde in den eigenen experimentellen Untersuchungen sowie bei Versuchen aus der Literatur mit steigender Zugbeanspruchung ein degressiver Einfluss der Zugnormalspannung auf die Querkrafttragfähigkeit festgestellt.

Tests on Shear Behaviour with Concurrent Normal Tensile Action
Reinforced concrete (RC) slabs under shear loading can sometimes be subjected to additional normal tensile stresses. Examples are slabs under constraint stresses, RC bridge deck slabs of composite arch bridges or silo walls. The coefficient for normal stresses in the current design approach for shear without shear reinforcement according to Eurocode 2 (EC2) was calibrated using tests on prestressed simply supported beams. The influence of normal tensile forces is only approximately covered by the design approach. Therefore, tests were carried out at the Institute of Structural Concrete at RWTH Aachen University on slab strips under shear and simultaneous tensile normal force loading. In addition to single-span slab segments, tests on continuous members were also carried out to investigate the influence of more realistic structural systems. The point of contraflexure in multi-span systems results in an area without bending stresses, which divides the shear span into two regions (sagging and hogging moment area). Since the critical shear crack usually develops from a flexural crack for flexural shear failure, the load-bearing behaviour is influenced by the loading conditions on the one hand and by the combined normal and flexural loading on the other hand. Contrary to the linear approach for the influence of the normal stress in the EC2, a degressive influence of the tensile normal stress on shear capacity was found in the own experimental investigations as well as in tests from literature review with increasing tensile stress.

Für ein Überführungsbauwerk im Zuge der Bundesstraße B27 bei Fulda-Lehnerz wurde erstmalig in Deutschland ultrahochfester Beton (UHPC) im Straßenbrückenbau als Ortbeton eingesetzt. Ultrahochfester Beton wird derzeit in Deutschland nicht durch bauaufsichtlich eingeführte technische Spezifikationen geregelt. Daher war für die Anwendung des UHPC eine Zustimmung im Einzelfall (ZiE) erforderlich. Der Überbau der Brücke wurde als vierstegiger Plattenbalken aus Spannbetonfertigteilen mit einer Ortbetonergänzung aus normalfestem Beton und darauffolgender UHPC-Schicht ausgebildet. Unter anderem wegen der hohen Dichtigkeit des UHPC gegenüber Flüssigkeiten wurde auf das kosten- und zeitintensive Einbringen einer konventionellen Abdichtung - bestehend aus Epoxidharz und Abklebung mit zusätzlicher Gussasphaltschutzschicht - verzichtet. Die Umsetzung erfolgte mittels einer 7 cm dünnen UHPC-Schicht, die sowohl eine verstärkende als auch eine abdichtende Funktion übernehmen soll. Neben einer mittleren Druckfestigkeit > 150 N/mm2 ließ sich mit dem für das Pilotprojekt entwickelten UHPC auch ein Gefälle von 3,5 % realisieren. Insgesamt wurden 57 m3 UHPC in einem Transportbetonwerk hergestellt und als Ortbeton auf der Baustelle eingebaut. Mit der Umsetzung dieses Pilotprojekts konnte die Praxistauglichkeit der Verstärkungs- und Abdichtungsvariante mittels UHPC erstmals im Straßenbrückenbau in Deutschland erfolgreich erprobt werden. In diesem Fachaufsatz wird vor allem über die Betontechnologie und die Qualitätssicherung berichtet.

Overpass bridge of the L 3378 road near Fulda-Lehnerz. First application of UHPC in road bridge construction in Germany. Part 2
In the course of the federal highway B27 UHPC was used for the first time in cast-in-situ bridge construction in Germany. Presently, UHPC is not covered by any German standard. Therefore, an approval for this individual application case was necessary. The bridge superstructure has been designed as 4-web T-beam construction made of prestressed concrete with a top layer made of in-situ normal strength concrete and UHPC, respectively. Because of UHPC's high impermeability against liquids, the cost and timely intensive application on a waterproofing was waived. Besides its strengthening abilities the applied UHPC layer with a thickness of 70 mm is intended to effect as a sealing. Additionally to its average compressive strength of > 150 MPa the applied UHPC has been specifically developed to enable a bridge inclination of 3.5 %. In total, 57 m3 of UHPC was produced in a concrete plant and transported and cast on site. By this pilot project, the successful practicability of using UHPC as strengthening and waterproofing measure in bridge construction in Germany could be demonstrated. The following paper particularly deals with aspects of concrete technology and quality control for the UHPC used.

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Nachdem die europäischen und deutschen Regelwerke für Beton und Stahlbeton ab 2005 in ihren Neufassungen anzuwenden waren, wurden für den Spritzbeton die beiden Normen DIN 18551 und DIN 18314 gleichfalls überarbeitet. Für die Instandsetzung von Betonbauwerken im Wasserbau wurde zeitgleich von einer Arbeitsgruppe unter Mitarbeit des Autors sowie unter Leitung der Bundesanstalt für Wasserbau ein darauf aufbauendes technisches und bauvertragliches Regelwerk, die ZTV-W LB 219 entwickelt. Im Mittelpunkt des vorliegenden Beitrages steht dort die neu geregelte Instandsetzung mit Spritzbeton, 10 bis 15 cm dick, der bewehrt und auf Altbeton jeder Festigkeit dauerhaft rückverankert werden kann.

In a former paper of the authors a concept for dimensioning pressure shafts, considering the passive resistance of rock-mass, has been developed. The assumption made there was that many cracks are distributed evenly over the circumference. The width of a single fissure was estimated by a reduction factor on the cumulated width of cracks. This question was now investigated analytically on basis of common mechanical principles and was confirmed by FE calculations. On hand of examples a dimensioning concept for bridging a single fissure by the steel lining has been developed. In the annex questions frequently arising over the planning process are discussed. It is intended to facilitate an overall judgement of the individual system by better knowledge of the complex relations.
Der Beitrag ergänzt einen früheren Aufsatz der Autoren, die ein grundsätzliches Bemessungskonzept für Druckschächte unter Nutzung des passiven Gebirgswiderstandes entwickelt haben. Im untersuchten Rechenmodell sind die Radialrisse im Felsmantel gleichmäßig über den Umfang verteilt. Die Kumulation ihrer Rissweiten ergibt mit einem Reduktionsfaktor im Modell die maßgebende Weite eines Einzelrisses. Im vorliegenden Artikel wird die Überbrückung dieses Einzelrisses durch die Stahlpanzerung auf Grundlage nachvollziehbarer mechanischer Prinzipien analytisch untersucht und mit FE-Berechnungen ergänzt. Ergebnis ist das Bemessungskriterium der Rissüberbrückung, das weiterführend in Beispielen für Bemessungsvorschläge angewandt wird. Im Anhang werden Fragen diskutiert, die sich bei der Planung häufig stellen. Beabsichtigt ist, durch Analyse der komplexen Zusammenhänge die geschlossene Beurteilung des Systems zu erleichtern.

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Ein großes Glashängedach schwebt seit Anfang des Jahres vor dem Hauptbahnhof Heilbronn. Die rund 1000 m² große Glasmatte aus großformatigen Scheiben, die die hohen Anforderung an Überkopfverglasungen erfüllen, hängt mit Edelstahlhalterungen an Edelstahlseilen und diese in einem Stahlrohrrahmen mit Gußknoten. Dabei wird das Glas auch zur Lastabtragung herangezogen, indem die Horizontallasten über die Gläser abgetragen werden. Entwurf und Konstruktion dieser leichten und transparenten Struktur sollen hier beschrieben werden. Für die Verbundglasscheiben und die eigens dafür entworfenen Klemmteller waren Zustimmungen im Einzelfall nötig. Auf das dazu notwendige Versuchsprogramm für die Gläser, den Windkanalversuch zur Ermittlung der Windlasten und Untersuchungen zur Alterung der elastischen Kunststoffeinlagen in den Edelstahlknoten wird auch eingegangen. Dies ist wohl das zur Zeit größte reine Glashängedach.

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Eine Prognose der künftig erforderlichen Erhaltungsmittel wurde letztmalig im Jahre 1992 im Auftrag des Bundesministeriums für Verkehr, Bau- und Wohnungswesen erstellt. Diese Rechnungen ergaben für die alten Bundesländer einen Bruttofinanzbedarf für die Erhaltung der Brücken und anderen Ingenieurbauwerke der Bundesfernstraßen in der Größenordnung von 604 Mio. DM/Jahr für die Jahre 1991 bis 1995, der auf 940 Mio. DM/Jahr im Zeitraum 2006 bis 2010 ansteigt. Um im Vorfeld einer neuen Langfristperiode des Erhaltungsbedarfs für die Bundesfernstraßen eine Abschätzung der künftig erforderlichen Erhaltungsmittel für die Brücken zu erhalten, wurden zwei verschiedene Rechenmodelle entwickelt und beispielhaft angewendet. Ein Vergleich der Ergebnisse der Modellrechnungen mit den Ist-Ausgaben läßt vermuten, daß die Erhaltung der Brücken in den letzten Jahren nicht im eigentlich erforderlichen Umfang betrieben wurde. Aus diesem Nachholbedarf dürften sich mittelfristig weitere Erhöhungen der für die Erhaltung der Brücken erforderlichen Aufwendungen ergeben. Im Zusammenhang mit der Entwicklung eines Bauwerks-Management-Systems ist eine Weiterentwicklung der beschriebenen Ansätze sowie eine Implementierung als eigenständige Module des Management-Systems vorgesehen.

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Dieser Beitrag befasst sich mit der Interaktion von Biegung und Querkraft an längsausgesteiften dünnwandigen Platten. Hierfür wurden an längs- und querausgesteiften Trägern insgesamt sechs großformatige Versuche mit hohen Biegemomenten und Schubkräften durchgeführt. In Längsrichtung waren die Stege jeweils mit einer trapezförmigen Steife versehen, die bei zwei der Träger in Stegmitte und bei den anderen vier Trägern im Druckbereich des Steges angebracht waren. Zusätzlich wird das mit dem Programm ABAQUS erstellte numerische Modell vorgestellt und mit Hilfe der Versuchsergebnisse verifiziert. Abschließend werden die Traglast und der Bemessungswiderstand nach EN 1993-1-5 verglichen und diskutiert. Der Bemessungswiderstand wurde dabei sowohl mit der Methode der wirksamen Breite als auch mit der Methode der reduzierten Spannungen berechnet.

Buckling of slender plates due to bending-shear interaction - Experimental and numerical Investigations.
In this paper the bending-shear interaction of slender plates is studied. Six large tests were performed on longitudinally and transversally stiffened girders in the range of high bending moment and shear force. In longitudinal direction the webs were stiffened with a trapezoidal stiffener positioned at the mid web depth for two girders and in the compression zone for the other four girders. Furthermore, a numerical model built in the general-purpose code ABAQUS is presented and verified against test results. In the final part of this paper the maximum load and the design resistance according to EN 1993-1-5 are compared and discussed. The design resistance was calculated with both options, according to the effective width method and the reduced stress method.

Bei der Erdbebenbemessung im Hoch- und Anlagenbau werden die Massen des Tragwerks und der Ausrüstung meistens auf den Deckenebenen zusammengezogen. Gemeinsam mit den horizontalen Geschosssteifigkeiten, die man aus dem Aussteifungssystem ableitet, verfügt man über alle Informationen, die man zum Formulieren eines Feder-Masse-Schwingers benötigt. Die Antworten dieses dynamischen Systems werden dann entweder instationär durch Aufbringen unterschiedlicher Beschleunigungs-Zeitverläufe ermittelt oder stationär durch Verwendung eines Antwortspektrums.
Bei Tanks ist es etwas schwieriger, zu hand-tauglichen Rechenmodellen zu kommen, da die Flüssigkeit statt der Kragarmschwingung auch noch eine Schwappbewegung ausführt und Kräfte zwischen Tank und Flüssigkeit nur durch Druckkontakt übertragen werden können. Die Tankwand selbst kann als dünnwandige Membran dehnungslose Verformungen in Form von Fourier-Harmonischen ausführen. Im vorliegenden Beitrag werden die Grundlagen der Erdbebenbemessung bei Tanks beleuchtet und anschließend Beispiele aus der Bemessungspraxis genannt.

Seismic design of tanks - Practical experience.
When designing skeletal structures for plants in seismic hazard areas you consider the masses of the structure and the equipment, the stiffnesses of the bracing systems and thus model your structure into a spring-mass-oscillator. Depending on the desired degree of accuracy the actual masses are condensed in many or only a few mass lumps, the bracing systems are considered to have linear restoring forces or non-linear features are included. The response of this dynamic model is then calculated transiently by applying several different artificial ground acceleration time histories or steady state by using a given peak ground acceleration spectrum.
With tanks it is much more difficult to extract easy-to-handle calculation models: the liquid may perform a sloshing motion rather than a cantilever oscillation; accelerations can be transferred into the liquid by compression between the tank wall and the liquid only, while the tank wall itself is a thin-walled membrane which may undergo strainless deformation modes in the shape of Fourier-harmonics. In the present paper we well have a short look on the basics of seismic design and report on some tanks of different sizes, where we were involved in the seismic design.

Im Rahmen eines Forschungsprojekts der Technischen Universität Krakau wurde die Wirkung von Verkleidungen auf Stahlskelette untersucht. Auf sechs verschiedene Arten wurde ein zwei-feldriger Rahmen mit leichter Verkleidung versteift. Im vorliegenden Aufsatz werden die Er-gebnisse des dynamischen Versuchsprogramms vorgestellt. Die Analyse der ermittelten dynamischen Eigenschaften zeigt, daß eine Verkleidung die dynamische Steifigkeit der Konstruktion und die Grundfrequenz ihrer Eigenschwingung im Vergleich zu einer Rahmenkonstruktion ohne Verkleidung erhöht.