Im Rahmen eines DFG-Schwerpunktprogramms "Betonbauteile unter Betriebsbedingungen" wurden am Otto-Graf-Institut in Stuttgart Versuche zur Verbundfestigkeit von Betonstählen unter nicht ruhender Beanspruchung durchgeführt. Unter konstanter Dauerlast, schwellender und wechselnder Beanspruchung wurde die Nachgiebigkeit des Verbunds (Schlupf) gemessen; dabei wurden Versuche zwischen festen Beanspruchungsgrenzen (konstante Amplituden) durchgeführt, der Einfluß veränderlicher Amplituden bei unterschiedlichen Verteilfunktionen geprüft und Dauerversuche zwischen vorgegebenen Verschiebungen ausgeführt. Durch die Entwicklung einer selbsttätigen Versuchssteuerung konnten die Schwingversuche ohne Unterbrechung ablaufen; dabei wurden die Meßdaten während des laufenden Versuchs registriert. Erste Tastversuche beschäftigten sich mit der Frage, ob die sich anbahnende Zerstörung des Verbunds im Innern eines Bauteils über Schallemissionsmessung zerstörungsfrei aufgenommen werden kann.

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Vor dem Hintergrund zunehmender terroristischer Bedrohung für Bauwerke in besonderen Gefährdungslagen ist es erforderlich, die Bauteilreaktion bei der Bemessung auch für die hohen Verzerrungsraten, wie sie bei Explosionen und Impakt auftreten, zu berücksichtigen. Voraussetzung hierfür ist eine wirklichkeitsnahe Beschreibung des Materialverhaltens. Dabei wird auf der Mesoebene das Zusammenwirken von Beton und Betonstahl durch die Verbundwirkung beschrieben. Um das Verhalten von Bauteilen, die Einwirkungen mit hohen Belastungsgeschwindigkeiten ausgesetzt sind, richtig beurteilen zu können, ist daher auch die Kenntnis des verzerrungsratenabhängigen Verbundverhaltens erforderlich. Im Rahmen des zur Zeit an der Universität der Bundeswehr München (UniBwM) laufenden Forschungsprojekts RS1510 werden Verbundversuche am Split-Hopkinson-Bar (SHB) in Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer Institut für Kurzzeitdynamik Ernst-Mach-Institut (EMI) durchgeführt. Die Ergebnisse dienen als Basis für die Entwicklung numerischer Modelle für die Abbildung des Verbunds von Stahl und Beton bei dynamischer Belastung. Nach einem kurzen Überblick zum Verbundverhalten werden die Grundlagen der Versuchstechnik dargestellt und die Besonderheiten bei den Push-in-Versuchen erläutert. Die Ergebnisse der durchgeführten Versuche zeigen eine deutliche Tendenz in Richtung von der Verzerrungsrate im Beton abhängigen Anstieg der Verbundfestigkeit.

Bond of concrete and steel under high dynamic loading
Against the background of increasing terrorist thread for critical infrastructure, it is necessary to consider the high strain rates related with explosion and impact for the design of structural components. The precondition for this is a realistic characterization of the material behavior. In meso-level the interaction of steel and concrete is described by bond. In order to assess the behavior of structures exposed to high rate loading correctly, even the knowledge of strain rate dependent bond behavior is required. Within the ongoing research project RS1510 at the University of the Bundeswehr München (UniBwM) tests on bond between steel and concrete with a split-hopkinson-bar (SHB) are currently performed in collaboration with the Fraunhofer Institute for High-Speed Dynamics Ernst-Mach Institute (EMI). The results will be used as a basis for the development of a numerical model for the simulation of bond between steel and concrete under high loading rates. After a short survey on bond behavior, the theoretical basis for the testing technology is given and the specific characteristics of the performed push-in tests are explained. The results of the tests show a clear tendency for the rate-dependent increase in bond strength.

Herrn Univ.-Prof. Dr.-Ing. Manfred Keuser zur Vollendung seines 65. Lebensjahres gewidmet
Bei dem Entwurf von Bauwerken wie Botschaften, militärischen Einrichtungen und Kernkraftwerken sind neben den planmäßigen auch außergewöhnliche Beanspruchungen wie Explosion und Impakt zu berücksichtigen. Diese Einwirkungen führen zu großen Verzerrungsraten in den betroffenen Baustoffen. Es ist bekannt, dass sich die mechanischen Eigenschaften von Stahl und Beton ebenso wie ihr Verbundverhalten mit der Belastungsgeschwindigkeit verändern. Die Kenntnis des ratenabhängigen Verbundverhaltens von Stahl und Beton ist die Voraussetzung für die nichtlineare Analyse von Stahlbetonbauteilen bei hochdynamischen Beanspruchungen, wenn Systemreserven durch plastische Lastumlagerungen ausgenutzt werden sollen, die Dichtigkeit gegen Flüssigkeiten oder Gase gewährleistet sein muss und Anforderungen an die Begrenzung der Rissbreite bestehen oder die auftretende Verformung begrenzt werden muss. Um das komplexe Zusammenwirken von Stahl und Beton bei hohen Belastungsgeschwindigkeiten zu erfassen, wurden geeignete experimentelle Methoden entwickelt. Auf Grundlage der Versuchsergebnisse werden Modelle vorgeschlagen, mit denen der Einfluss der Zeit auf den Verbund beschrieben werden kann.

Bond between concrete and reinforcement under high dynamic loading
In addition to the well-planned loads during life-cicle in usual structures, buildings such as embassies, military infrastructure or nuclear power plants must withstand also threads like impact and explosion due to terrorist atacks. These dynamic loads are leading to high strain rates in the construction materials. It is well known, that the mechanical properties of concrete and steel as well as their interaction change with an increase of the loading rate. The knowledge of the rate dependent bond behavior is the condition for the nonlinear analysis of high-dynamic stressed reinforced structural components, if system reserves should be activated by the formation of plastic hinges, a sealing effect against fluids and gases has to be ensured and the crack width or the deformation should be limited. The bond behavior between steel and concrete under high loading rates has been investigated. Different test configurations have been developed and an extensive test program has been performed. The results served as a basis for the development of a model for the bond behavior, where the influence of high strain rates is considered.

Die Verwendung von eingeleimten Gewindestangen hat in der Praxis des Ingenieurholzbaues eine beachtliche Anwendungshäufigkeit erreicht. Die Anordnung der Stangen erfolgt aber im wesentlichen nach konstruktiven Gesichtspunkten, da Berechnungsgrundlagen nur für Sonderfälle vorliegen. Im folgenden werden zunächst die Anwendungsgebiete vorgestellt, dann das Verhalten unter äußerer Beanspruchung von in Holz eingebrachten Gewindestangen sowie ein Bemessungsvorschlag unter Berücksichtigung des Klimaeinflusses. Ein umfangreiches Literaturverzeichnis gibt zusätzlich Informationsmöglichkeiten.

Die Arbeit befasst sich mit dem Verbund in Stahl-Verbundstützen beim Einsatz von Selbstverdichtendem Beton. Die zugehörigen Laborversuche wurden an Prüfkörpern aus zwei gestoßenen und mit Stahlplatten abgedeckten I-Profilen durchgeführt, deren Innenraum mit Selbstverdichtendem Beton gefüllt war. Die Versuchsbedingungen entsprachen früheren Versuchen der Verfasser, bei denen konventioneller Rüttelbeton verwendet wurde. Die Versuchsergebnisse lassen die Aussage zu, dass die Verbundqualität in Verbundstützen von der Betonfestigkeit abhängt. Gleichzeitig zeichnet sich ab, dass der Selbstverdichtende Beton gegenüber dem Rüttelbeton reduzierte Verbundqualität mit sich bringt.

Bonding between steel and Self Compacting Concrete in composite columns.
The aim of the research work is exploration of bonding in steel-concrete composite columns when Self Compacting Concrete (SCC) is used. The appropriate laboratory tests were carried out on specimen composed of two I-profiles and covered by steel plates which created a space to be filled with Self Compacting Concrete. The testing conditions corresponded to an earlier research work of the authors on vibrated concrete. Based on the test results the authors express the opinion that bond behavior in composite columns depends on concrete compressive strength. However, use of Self Compacting Concrete seems to produces lower bond strength than that available with vibrated concrete.

Mit Hilfe des neuentwickelten Permanentmagnet-Hallsonden-Messverfahrens kann das Verbundverhalten von einbetonierten Bewehrungsstählen unmittelbar untersucht werden.

Lasttragende Bauteile wie Erdgeschossstützen von Hochhäusern oder Brückenpfeiler, ausgeführt als Verbundkonstruktion, gewährleisten vermehrten Schutz bei Nahdetonation. Opferzellen, die um den Stützenquerschnitt konstruiert sind, schaffen zusätzliche Sicherheit. Sie bewirken, dass die Anströmfläche der Stütze erst bei relativ hohen reflektierten Drücken einreißt - meist an der Geländeoberkante. Untersucht wird, welcher Opferzellenquerschnitt durch Druckverteilung und Energieabsorption einen effektiven Schutz der abgeschirmten lasttragenden Stütze bietet. Außerdem wird der Frage nachgegangen, inwieweit der schichtweise alternierende Aufbau von verformbarem Material geringerer Dichte und von massigem Material hoher Steifigkeit im Opferzellenquerschnitt durch Impedanzfehlanpassung die lasttragende Stütze schützt. Impedanzfehlanpassung führt zu einer verstärkten Reflexion der Schockwellen und dadurch zu einer Reduzierung ihrer Transmission. Eine Schockwellenreflektion innerhalb des Opferzellenquerschnitts wirkt sich folglich günstig auf die zu schützende Konstruktion aus.
Die Ergebnisse veranschaulichen das Schutzpotential und die Wirksamkeit von Opferzellen im Vergleich zu anderen Schutzmaßnahmen wie der Verwendung nachgiebiger Auflagerbedingungen und der Variation des Stützenquerschnitts. Die in Vergleichsberechnungen gewonnenen Erkenntnisse werden in einem Bemessungsdiagramm zusammengefasst. Die Resttragfähigkeit der Stütze wird als Indikator für die Effektivität der untersuchten Schutztechnologien vorgestellt.

Multi-layer composite sacrificial cells to protect columns against close-standoff blast.
Composite cross sections have been shown to be generally well suited for constructing explosion-resistant load-bearing structural members, such as columns or bridge piers, with high protection demands. Composite sacrificial cells which are built around the member's cross section enhance the protection of columns and piers exposed to high dynamic loading. Due to energy absorption outside the load-carrying cross section the reflected pressure and induced shock wave are significantly reduced. It is investigated whether the layer sequence of two distinct materials (a less dense, more deformable material versus one that is denser and stiffer) is measurably different for protection of other material layers including the structural member's inner core. We also study whether shock wave reflection and reduced transmission of shock waves, achieved with specific material layering in sacrificial cells, practically result in significant protection of the underlying structure.
We also compare the protection potential of sacrificial cells with the effectiveness of other protective measures such as the variation of boundary condition and the cross section design. The paper finalizes with an elaborate design diagram which summarizes the residual axial capacity of columns after the blast event and the extent of damage when using sacrificial cells.

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Seit der Wiedervereinigung ist Berlin zu einem Ort reger Bautätigkeit geworden. Standorte, die durch den Mauerbau eher ins Abseits gedrängt worden waren, sind nun wieder eine 1-A-Lage und wurden entsprechend hochwertig neu bebaut oder saniert. Dem Berliner Leitbild der Kritischen Rekonstruktion verpflichtet, zeigen die Gebäude oft nach außen nicht, welche großen Ingenieurbauwerke sich hinter den Fassaden verbergen. Im Folgenden soll an ausgewählten Beispielen die als Verbundtragwerk ausgeführte Konstruktion dahinter vorgestellt werden.

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Über den unterschiedlichen Lösungsansatz zur Einleitung der Verankerungskraft über Verbund nach Einführung hochfester Bewehrungsstähle in den 80er Jahren in der ehemaligen DDR und in der BRD.

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Das Konstruktionsprinzip der VFT-Bauweise mit Walzträgern in Beton (VFT-WIB) kommt in Europa und vor allem in Deutschland und Polen häufig zum Einsatz. Der Neubau der Brücke südwestlich der Stadt Elblg in Polen führt das Konstruktionsprinzip weiter. Die Schnittführung der Walzträger wird so gewählt, dass in Feldmitte und im Stützbereich unterschiedliche Stahlsteghöhen entstehen. Diese Idee birgt statisch-konstruktiv den Vorteil, die Schubkräfte und Biegemomente im Träger effektiv abzutragen. Die Weiterentwicklung wird anhand der Brücke Elblg beschrieben, konstruktive Details beleuchtet und die Wirtschaftlichkeit der Bauweise diskutiert.

Composite bridge nearby Elblg - Enhancements of the PrecoBeam construction method.
The design principle of the PrecoBeam construction method using rolled sections (VFT-WIB) is well established in Europe, especially in Germany and Poland. The reconstruction of the bridge southwest of the city of Elblg in Poland enhances the construction method. The cutting line of the rolled section implements a varying height of the steel web for the midfield and near the support. This idea creates design principles which allow an effective flow of the shear forces and the bending moments in the girders. The enhancement and constructional details are highlighted by the means of Elblg viaduct. Also economic aspects are discussed.

Im Zuge der Ost-West-Anbindung der nördlichen Innenstadt und des Hafens an das vorhandene Autobahnnetz überquert die Brücke mit drei nebeneinanderliegenden Überbauten auf 365 m Länge den Güterbahnhof. Konstruktion und Ausführung waren weitgehend durch die Erfordernisse des Bahnverkehrs bestimmt. Die Unterbauten wurden mit Großbohrpfählen gegründet. Die Montage der Stahlkonstruktion erfolgte im Taktschiebverfahren. Die Fahrbahnplatten wurden nacheinander in je 18 Abschnitten betoniert.

Die Angosturita-Brücke in Cuidad Guayana/Venezuela überführt eine eingleisige Bahnlinie und zwei 10,8 m breite Fahrbahnen mit einer Mittelöffnung von 213,75 m über den Caroni. Der zweizellige Hohlkasten hat einen Untergurt aus Stahl im Feld und aus Beton über den Stützen. Die nicht vorgespannte Fahrbahnplatte wird von Querträgern unterstützt. Der Verbund wird mit Perfobondleisten gesichert. Die Brücke ist für den Cooper 72-Zug nach AREA 1985 und das 1,3fache der AASHTO HS 20-44 Lasten bemessen. Auf Vorschlag der Montagefirma wurde die Stahlkonstruktion hinter den Widerlagern zusammengebaut und dann eingehoben. Vor dem Betonieren des Untergurtbetons wurde die Kragarmspitze angehoben, so daß das Eigengewicht der Stahlkonstruktion und des Untergurtbetons auf den entsprechenden Verbundquerschnitt wirken.

Eine neue Bauweise für Verbundbrücken stellt die Brücke in Pöcking dar. Die seit einigen Jahren eingesetzte VFT-Bauweise und der Betondübel finden darin ihre Weiterentwicklung. Betondübel, die durch einen speziellen Trennschnitt des Walzträgers entstehen, verbinden das Betonfertigteil mit dem Stahl zu einem vorgefertigten Stahlverbundträger. Mit einem hohen Grad an Vereinheitlichung und Vorfertigung entsteht ein System mit wirtschaftlichem Materialeinsatz und sehr hoher Qualität. An der nun unter Verkehr stehenden Brücke in Pöcking werden statisch-konstruktive Details und Gesichtspunkte der Herstellung näher beleuchtet.

Es werden einige Einzelheiten einer bedeutenden Verbundbrücke über den Tocantinsfluß in Nordbrasilien beschrieben. Die Brücke hat eine Länge von 2340 m, dient sowohl dem Eisenbahn- als auch dem Straßenverkehr. Das Brückenkonzept stützt sich auf lange fugenlose Strecken des Oberbaus, feste Pfeiler und Widerlager zur Aufnahmen der hohen Bremskräfte und auf biegeweiche Zwischenpfeiler. Der Brückenquerschnitt besteht aus einem trapezartigen Verbundkastenträger, worauf sich die Straßenfahrbahnen mittels Schrägstäben und Schraubenverbindungen abstützen. Die Brücke war so entworfen, daß die Straßenfahrbahnen zu jeder beliebigen Zeit, selbst bei fahrenden Zügen, gebaut werden konnten. Die Eisenbahnfahrbahnplatte ist aus vorgefertigten vorgespannten Teilen hergestellt. Die Vorspannung wird vor der Verdübelung eingeführt. Die Hauptbauprobleme und verschiedene Messungskontrollen werden kurz geschildert.

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Einige bemerkenswerte Verbundbrücken in der Bundesrepublik Deutschland und in der Schweiz, Entwicklungen in Frankreich, wie z. B. die externe Vorspannung und die Verwendung von Fachwerk- und Stahltrapezblechstegen in Spannbetonbrücken, sowie einige Schrägseilbrücken in Verbund in verschiedenen Ländern beweisen ein verstärktes Interesse an dieser Bauweise. Der Bericht befaßt sich mit diesen Entwicklungen und stellt Überlegungen zu weiterer Verbesserung der Wettbewerbsfähigkeit an.