Autoclaved aerated concrete (AAC) reinforced panels are used to construct easily erected, energy efficient, low-rise prefabricated buildings. This study aims to contribute to the understanding of the seismic response of reinforced-AAC-wall-panel buildings. For this purpose, a full-scale two-story building constructed on a building site by using reinforced AAC panels was tested under two-way cyclic displacement excursions up to near collapse. The test results showed that the test building had a lateral load capacity of 1.6 times its weight with a global displacement ductility of about 3.5. The first story of the building sustained significant damage due to the rocking of the building followed by panel crushing. The slab-wall connections did not sustain any damage during the test. Afterward, numerical models of AAC panels were calibrated by using component test results from the literature. Nonlinear static analysis was conducted on the test building by using the proposed modeling approach. A reasonably good agreement was observed between the test results and numerical model estimations both for the envelope and the cyclic response. Finally, incremental dynamic analyses were conducted on the test building in order to observe the response of the building under severe earthquake motions. The dynamic analyses results showed that AAC buildings are expected to behave in their pre-yielding regions under design earthquakes. Furthermore, the reserved ductility and available over strength can enable AAC buildings survive the maximum considered earthquakes without collapse.

Autoclaved aerated concrete (AAC) has been of growing interest for its structural performances, thanks to its high strength-to-weight ratio and low bulk density. The prominent advantage of AAC is its lightweight, this aspect in seismic-prone areas can be beneficial for the seismic performances of a building. The focus of this paper is to provide an overview of seismic performance of load-bearing masonry made of AAC, based on the past studies carried out in this field. Results on the assessment of the in-plane cyclic response of walls with and without reinforcements are reported. In addition, the response of an AAC confined masonry buildings tested on the shaking table is presented. The second part of the paper shows the numerical simulation of the building response based on linear and nonlinear static (push-over) methods. According to authors' findings, unreinforced AAC masonry buildings with a regular geometry can face low to medium seismic events. For severe seismic events, a significant damage can be expected in AAC multistorey buildings. To achieve higher seismic performance, the AAC masonry must be combined with other structural systems as confined masonry or bed-joint reinforced walls.

Efficient insulation for residential buildings is one of the keys for implementing an energy transition. The technology used for exterior walls is usually made by combining load-bearing and difficult to recycle insulating components. For this reason, Celitement GmbH, Karlsruhe Institute of Technology and Xella Technology and Research have joined their forces to develop a high insulating AAC, which is also resource efficient using the main components quick lime, sand, and water. The thermal conductivity of the AAC was reduced. Macropores formed in the conventional production process by hydrogen gas, diameter of approximately 1 mm, could be partially replaced by lightweight aggregates, with an average pore diameter of 50 nm. A process for producing lightweight aggregate, which is based on optimized, hydraulically active calcium hydro silicate binders (Celitement), was developed. The aggregate quantity in AAC could be raised to 40% by weight through optimizing formulation and mixing. This project, sponsored by the German Federal Ministry of Education and Research, ended in 2017. Based on the results so far, it is worth pursuing this approach in the future, whereby the material properties of the CSH granules could be further improved to obtain the sought final AAC product.

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Building survey - design and build / Bauaufnahme - Planung und Ausführung
Masonry repair according to the WTA / Mauerwerksinstandsetzung nach WTA

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Mit dem modifizierten WIG-Prozess ArcTig hat Fronius eine zukunftsweisende Lösung für das mechanisierte Verbindungsschweißen entwickelt, die neue Maßstäbe in puncto Geschwindigkeit und Wirtschaftlichkeit setzt. Durch einen speziellen Brenner lässt sich der WIG-Lichtbogen mit ArcTig noch gezielter fokussieren und seine Energiedichte deutlich erhöhen. Damit können Anwender bis zu 10 mm dicke, hochlegierte Bleche und Rohre verschweißen - ohne aufwendige Nahtvorbereitung, in hervorragender Qualität und in deutlich kürzerer Zeit. Darüber hinaus überzeugt auch die besonders einfache Handhabung. Zum Einsatz kommt der ArcTig-Schweißprozess u. a. für Anwendungen im Behälter- und Rohrleitungsbau, bei der Turbinenfertigung sowie im Sondermaschinen-, Kran- oder Tankbau. (Foto: Fronius)

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Herrn Prof. Dr.-Ing. Jörg Lange zur Vollendung seines 60. Lebensjahres gewidmet

Herrn Prof. Dr.-Ing. Jörg Lange zur Vollendung seines 60. Lebensjahres gewidmet
Eine neue Bauweise bestehend aus Sandwichbauteilen mit vorgehängten Fassadenelementen hat sich in den letzten Jahren für Außenwände entwickelt. Deren wesentlichen Ausführungsvarianten werden eingeführt: Sie unterscheiden sich durch die Tragrichtung der einzelnen Bauteile. Im folgenden Beitrag werden die sich aus der Konstruktion ergebenden zusätzlichen Besonderheiten, Schnittgrößen und Beanspruchungen vorgestellt und deren Behandlung bei der Bemessung erläutert. Auf die aufgrund der Beanspruchungen erforderlichen Versuche wird ebenfalls eingegangen.

Sandwich panels with rear-ventilated facades - Design concepts.
A new construction method consisting of sandwich panels with rear-ventilated facades is presented. Their essential types of design are introduced: They differ by the direction of load transfer of the individual components. The additional special characteristics, internal forces and stresses resulting from the design are presented and their treatment in design is explained. The required tests according to the load-bearing behaviour are mentioned.

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Herrn Univ.-Prof. Dr.-Ing. Jörg Lange zur Vollendung seines 60. Lebensjahres gewidmet
Verbunddübelleisten stellen im Stahlverbundbau eine wirtschaftliche Alternative zu den klassischen Verbundmitteln, den Kopfbolzendübeln, dar. Ihr Einsatz birgt vielerlei Vorteile. Moderne Verbunddecken werden in zunehmendem Maße filigraner ausgeführt und darüber hinaus werden oftmals haustechnische Funktionen darin integriert, wie beispielsweise Lüftungsanlagen oder eine thermische Aktivierung der Betonflächen [1]. Um derart geringe Deckendicken zu realisieren, können Verbunddübelleisten horizontal innerhalb der Betonplatte positioniert werden, wodurch eine nahe Position zum freien Betonplattenrand resultiert. Bisherige Untersuchungen beschreiben unterschiedliche Versagensbilder von Konstruktionen mit Verbunddübelleisten, beispielsweise Spalten der Betonplatte, Ausstanzen eines Betonkegels oder Plastizieren der Stahlzähne.
An der TU Kaiserslautern wurden Verbunddübelleisten mit einer Puzzle-Geometrie und Positionen nahe zum freien Betonplattenrand experimentell sowie mithilfe von numerischen Simulationen untersucht. Zusätzlich wurde der positive Einfluss einer Wendelbewehrung zwischen den Stahlzähnen analysiert. Speziell bei diesen randnahen Positionen der Verbunddübelleisten wurden zusätzliche primäre und sekundäre Versagensmechanismen beobachtet. Die Ergebnisse dieser Untersuchungen sowie ein erster Ansatz für ein Bemessungsmodell werden in diesem Artikel vorgestellt.

Investigations on the load bearing behavior of composite dowels positioned close to the free concrete surface.
Composite dowels are an economic alternative to headed studs with various advantages. Modern concrete slabs are dimensioned increasingly thinner and often include several additional functions, for example air conditioning or thermal activation of concrete surfaces. For those applications composite dowels can be positioned horizontally in the concrete slab. Existing investigations on composite dowels describe different failure modes of composite structures such as splitting of the concrete, local compression of the concrete, pry-out of a concrete cone or plasticizing of the steel teeth.
At University of Kaiserslautern composite dowels with positions close to the free surface of the concrete slab were investigated experimentally by push-out-tests and on the basis of numerical simulations. In addition, the positive influence of a spiral reinforcement between the steel teeth was analyzed. Further primary and secondary failure mechanisms were observed for this specific position of the composite dowels. These investigations and a design approach will be presented within the paper.

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Dedicated to Prof. Dr.-Ing. Jörg Lange on the occasion of his 60th birthday
Large-size HV-bolt sets in ring-flange connections are crucial structural members of wind turbine support structures, which are subjected to strong static as well as cyclic loads with considerable numbers of load cycles. Additionally to direct experimental investigations on the structural components themselves, analytical and numerical assessment methods of the bolts performance inside ring-flanges are valuable engineering tools to gain knowledge about the structural behaviour and to support the development of appropriate design solutions. In this paper, probabilistic fatigue assessment, using Monte Carlo Simulation technique, is utilized to compute the failure probability and to investigate the influence of the scattering parameters on the fatigue performance of HV-bolt sets in ring-flange connections. Subsequently, an analytical fatigue calculation approach for large-size bolts, based on the local strain-life concept, is introduced. Results from two different methods for determination of required base material properties are compared. The calculations are validated on fatigue tests on HV-bolt sets and results are discussed with regard to the evaluation of local loading conditions, damage assessment parameters and sensitivity to base material input.

Fortschrittliche Bewertungsmethoden für hochfeste Schrauben in Ringflanschverbindungen.
HV-Schraubengarnituren mit sehr großen Durchmessern in Ringflanschen von Windenergieanlagen sind hohen statischen und zyklischen Lasten mit sehr hohen Lastwechselzahlen ausgesetzt. Ihre Trag- und Ermüdungsfestigkeit sind entscheidend für die strukturelle Integrität der Tragstrukturen. Neben experimentellen Untersuchungen der HV-Garnituren bieten analytische und numerische Bewertungsmethoden die Möglichkeit das strukturelle Verhalten im Detail zu bewerten und die Entwicklung von geeigneten Bemessungsverfahren und Designlösungen zu unterstützen. In diesem Beitrag wird, basierend auf der Monte-Carlo-Simulation, eine probabilistische Bewertung der Ermüdungsfestigkeit von HV-Schraubengarnituren in Ringflanschen durchgeführt. Dabei wird die Versagenswahrscheinlichkeit berechnet und der Einfluss der streuenden Parameter auf die Zuverlässigkeit untersucht. Anschließend wird ein analytisches Verfahren zu Berechnung der Ermüdung von Schrauben mit großen Abmessungen basierend auf dem Kerbdehnungskonzept vorgestellt. Die Ergebnisse von zwei unterschiedlichen Methoden zur Bestimmung der zyklischen Grundwerkstoffeigenschaften werden verglichen. Die Berechnungen werden anhand von Ermüdungsversuchen an HV-Schraubengarnituren validiert und hinsichtlich der Bewertung des lokalen Beanspruchungszustands, des Schädigung-Parameters und der Sensitivität gegenüber Werkstoffeingangsparametern diskutiert und erläutert.

Herrn Prof. Dr.-Ing. Jörg Lange zur Vollendung seines 60. Lebensjahres gewidmet
Der Teil 2 zu “Multifunktionale Geschäftshäuser in Stahl- und Verbundbauweise” ist eine Fortsetzung des im Heft 4 des STAHLBAU veröffentlichen Beitrags [1]. Dort wurden die Grundlagen zur Bewertung der Ökologie und Ökonomie, zur Objektplanung und Konstruktion multifunktionaler Geschossbauten erläutert und Parameterstudien zu Deckensystemen vorgestellt. Der Schwerpunkt von Teil 2 liegt in der Planung und Bewertung von Geschossbauten in verschiedenen Variabilitätsgraden am Beispiel von Referenzgebäuden. Mit der Zuordnung “gering”, “mittel” und “hoch” wird die Anpassungsfähigkeit dieser Gebäude an Folgenutzungen differenziert. Im Rahmen der Objektplanung werden die Nutzungsszenarien beschrieben und Entwurfskriterien für die Grundrissgestaltung und Erschließung, die Wahl der lichten Geschosshöhen und Nutzlasten erläutert. Zudem wird auf Fassadensysteme und ihre Anschlussmöglichkeiten für Innenwände eingegangen. In Verbindung mit der Konstruktion der Referenzgebäude werden die Baustoffmassen, der Primärenergiebedarf und die Kosten der ausgewählten Deckensysteme und Stützen gegenübergestellt. Die Auswirkungen der Systemwahl in Bezug auf die Konstruktions- und Geschosshöhen werden im Zusammenhang mit den Fassaden und deren Bilanzierung beleuchtet. Zudem werden der Einfluss der Gebäudemassen, Nutz- und Ausbaulasten auf die Dimensionierung von Flach- und Tiefgründungen bei unterschiedlichen Baugrundverhältnissen untersucht. Darauf folgt die Wirtschaftlichkeitsanalyse der Referenzgebäude und der Sensitivität der Ergebnisse in Bezug auf die Streuung ausgewählter Eingangsgrößen, wie z. B. der Rohbaukosten und des Restwertes der Gebäude nach einem festgelegten Zeitraum. Abschließend erfolgt eine Zusammenstellung wesentlicher Untersuchungsergebnisse und Empfehlungen für die Planung und Bewertung multifunktionaler Geschäftshäuser. Beide Teile bilden eine Zusammenfassung des Forschungsprojektes AIF/FOSTA P1118, das durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert wurde.

Multifunctional commercial buildings in steel and composite construction. Part 2 - planning and evaluation using the example of reference building.
Part 2 of “Multifunctional Commercial Buildings in Steel and Composite Construction” is a continuation of the article published in Issue 4 of STAHLBAU [1]. There, basics for the evaluation of ecology and economy, for the object planning and construction of multifunctional multi-storey buildings were explained and parameter studies on ceiling systems presented. Part 2 focuses on the planning and evaluation of multi-storey buildings using reference buildings as an example. With the assignment “low”, “medium” and “high” the adaptability of these buildings to subsequent uses is differentiated. In the context of the object planning, the usage scenarios are described and design criteria for the floor plan design and development, the choice of clear storey heights and imposed loads are explained. In addition, façade systems and their connection options for interior walls are described. In context with the construction of the reference buildings, the building material demand, primary energy consumption and costs of the selected ceiling systems and columns are compared. The influence of the choice of the ceiling systems on the construction and clear story-heights are examined in relation to the facades and their ecologic and economic balances. In addition, the influence of building material masses, imposed loads and additional dead loads on the design of shallow and deep foundations under different subsoil conditions is examined. This is followed by the economy analysis of the reference buildings and the sensitivity of the results with regard to the scattering of selected input variables, such as the costs of bearing structures and the residual value of the building after a specified period. Finally, a compilation of essential research results and recommendations for the planning and evaluation of multifunctional commercial buildings is given. Both parts form a summary of the research project AIF/FOSTA P1118, which was funded by the Federal Ministry for Economic Affairs and Energy on the basis of a resolution of the German Federal Parliament.

Herrn Prof. Dr.-Ing. Jörg Lange zur Vollendung seines 60. Lebensjahres gewidmet
Das vereinfachte Nachweisverfahren mit Abminderungsfaktoren wird für die Bemessung von Stahlbauteilen trotz zunehmender Computerunterstützung und Verwendung numerischer Verfahren weiterhin angewendet. Die Interaktionsgleichungen der EN 1993-1-1 gelten für Bauteile mit doppeltsymmetrischen I- und H-Querschnitten sowie Hohlprofilen und schließen den Fall der planmäßigen Torsion bisher aus. Eine Erweiterung des Nachweisverfahrens auf einfachsymmetrische Querschnitte und planmäßige Torsion wird gegenwärtig im Rahmen der Überarbeitung und Weiterentwicklung des Eurocodes 3 evaluiert. Der vorliegende Beitrag berichtet über numerische Simulationen zum Tragverhalten einfach- und doppeltsymmetrischer I-/H-Querschnitte unter Druck, Biegung und Torsion sowie die Ableitung eines vereinfachten Nachweisverfahrens mit Abminderungsfaktoren und dessen Hintergründe. Er leistet somit einen Beitrag zur aktuellen Diskussion.

Stability assessment of steel members with mono- and double symmetric I-cross sections subjected to bending, axial compression and torsion.
The simplified assessment method with reduction factors is still used for the design of steel members. The interaction formulae of EN 1993-1-1 apply to members with double symmetric I- and H-sections as well as hollow sections. The formulae are not valid for members with scheduled torsion. An extension of the scope of the assessment method to mono-symmetric cross sections and scheduled torsion is currently being evaluated in the context of the revision and further development of Eurocode 3. This publication reports on numerical simulations of the structural stability behavior of members with mono and double symmetric I-/H-sections in bending, axial compression and torsion, as well as the establishment of a simplified assessment method with reduction factors and its backgrounds. Hence, it provides a useful contribution to the current discussion.

Dedicated to Prof. Dr.-Ing. Jörg Lange on the occasion of his 60th birthday
The fatigue life of welded joints is calculated using the effective cyclic J-integral as crack driving force. The plasticity induced crack closure effect is taken into consideration. Here, the fatigue life is regarded as period of short fatigue crack growth. Two and three dimensional finite element models, with cracks as initial defects, are constructed for this purpose. The finite element based crack growth analyses were performed by using the node release technique in combination with the finite element program ABAQUS. For fatigue life calculations, the effective cyclic J-integral was employed in a relation similar to the Paris (crack growth) equation. For this purpose, a Python code was written for the determination of the crack driving force for various relevant crack lengths. The calculated fatigue lives were compared with experimental data and a good accordance between both results was achieved.

Schwingfestigkeit von Schweißverbindungen beschrieben mit Hilfe der elastisch-plastischen Bruchmechanik.
Die Schwingfestigkeit von Schweißverbindungen wird unter Verwendung des effektiven zyklischen J-Integrals als risstreibende Kraft berechnet. Plastizitätsinduzierte Rissschließeffekte werden dabei berücksichtigt. Hierzu werden ebene und räumliche, mit rissartigen Imperfektionen versehene, Finite-Elemente-Modelle erstellt. Die Simulation des Ermüdungsrisswachstums erfolgt unter Anwendung des Node-Release-Verfahrens mit dem kommerziellen FE-Programm ABAQUS. Zur Berechnung der Lebensdauer wurde das effektive zyklische J-Integral in eine Relation ähnlich der Rissfortschrittsgleichung nach Paris eingesetzt. Zu diesem Zweck wurde ein Algorithmus geschrieben, um die risstreibende Kraft für verschiedene lebensdauerrelevante Risslängen zu bestimmen. Die damit berechneten Lebensdauern für technischen Anriss wurden mit experimentellen Daten verglichen: Berechnete und experimentell bestimmte Lebensdauern stimmten gut überein.

Herrn Prof. Dr.-Ing Jörg Lange zur Vollendung seines 60. Lebensjahres gewidmet
Für die neue europäische Trägerrakete Ariane 6 wird auf dem Weltraumbahnhof Kourou in Französisch-Guyana eine neue Startanlage gebaut. Zentrale Bauwerke der Startanlage werden der Starttisch und der Versorgungsmast für die Rakete sein. Der Starttisch dient als Plattform für die Rakete, muss die Belastung aus dem Start abtragen und beinhaltet umfangreiche technische Ausstattung. Der Mast ist bis zum Start für die Versorgung der Rakete verantwortlich und ebenfalls mit umfangreichen Überwachungsgeräten ausgestattet. Beide Bauwerke sind komplexe Stahlkonstruktionen. Nachfolgend wird auf die Planung sowie die Fertigung dieser beiden Konstruktionen eingegangen und die einzelnen Bauteile werden detailliert beschrieben.

Planning and production of the Ariane 6 launch table and umbilical mast.
New launch facilities for the future European Ariane 6 launcher are under construction at the spaceport Kourou in French Guyana. The launch table and the umbilical mast for the rocket will be essential buildings of the launch facilities. The launch table is functioning as a platform for the rocket, has to withstand the load of the rocket during launch, and contains extensive technical equipment. Until the launch the mast has to guarantee the umbilical connections of the rocket, moreover it is equipped with extensive monitoring devices. Both structures are complex steel structures. The planning and the production of the mentioned constructions and their individual components are hereafter described in detail.

Herrn Prof. Dr.-Ing. Jörg Lange zur Vollendung seines 60. Lebensjahres gewidmet
Die zwei geplanten Fachwerkverbundbrücken mit Längen von 120 und 96 m Spannweite sollen die BAB 45 als Einfeldträger im schleifenden Schnitt queren. Da als statische Systeme Einfeldträger zum Zuge kamen, konnte auf den problematischen Bau von Mittelstützen zwischen den Richtungsfahrbahnen der BAB verzichtet werden. Im folgenden Beitrag wird die Wahl der Ausführungsvariante erläutert, insbesondere im Hinblick auf naturschutzrechtliche und bauzeitliche Belange, den Entwurf, den spezifischen Bauablauf und die Verkehrsführung. Besonderes Augenmerk wurde auch auf die Arbeitssicherheit beim Ersatzneubau und bei den zukünftigen Instandsetzungsarbeiten gerichtet.

Replacement construction of two framework composite bridges across the highway BAB 45 in the course of the expansion of the federal road B 54 - Final design, execution documents and contract documents according to the “Hesse model”.
The two planned framework composite bridges with spans of 120 m and 96 m, respectively, will cross the highway BAB 45 as single span girders in glancing intersections. The problematic construction of mid-section supports between the highway lanes can be avoided by using single span girders as the static system. This article deals with the choice of the execution variant, particularly with regard to concerns of nature conservation and construction time, final design, the specific construction process and traffic management. Furthermore, special attention is paid to occupational safety of the replacement construction and future maintenance works.

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Jörg Lange 60 Jahre
Otto Jungbluth - zum 100. Geburtstag

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