Dieser Beitrag gibt einen Überblick über die Entwicklung der Verbundbrücken in Frankreich mit sehr traditionellen, gleichzeitig aber auch innovativen Lösungen. Er zeigt die Vielzahl und die Eleganz, die mit effizienten baulichen Lösungen einhergehen, und die notwendige Zusammengehörigkeit von Stahl und Beton für den besten Einsatz im modernen konstruktiven Ingenieurbau. Die umfangreichen Erfahrungen, die wir in Frankreich und international mit Verbundbrücken gemacht haben, sollen hiermit der deutschen Fachöffentlichkeit zur Verfügung gestellt werden. Der vorliegende Beitrag behandelt hauptsächlich technische Aspekte, berücksichtigt aber auch Ästhetik und architektonische Gestaltung, weil wir der Ansicht sind, daß eleganter Ingenieurbau nur durch konstruktive Effizienz und Kreativität erreicht werden kann. Diese Gedanken verbinden uns auch mit berühmten deutschen Ingenieuren wie Leonhardt und Schlaich; wir hoffen, mit diesem Beitrag gegen nicht sinnvolle und teure Bauwerke Position zu beziehen, da diese leider oft durch die Medien unterstützt werden. Ferner beabsichtigt dieser Aufsatz, die Ergebnisse einer systematischen Vorgehensweise darzustellen, die auf technischem Fortschritt beruht, und die wir während der vielen Jahre bei SETRA mit der Unterstützung der Straßenbaudirektoren, die die eigentlichen Sponsoren für Forschung und Technologie waren, entwickeln konnten.

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Neben ästhetischen Aspekten sind im Verbundbrückenbau hohe Anforderungen hinsichtlich Dauerhaftigkeit, Tragfähigkeit und Wirtschaftlichkeit zu beachten, die im Hinblick der steigenden Verkehrsbelastung zunehmend an Bedeutung gewinnen und eine Herausforderung für die Konstruktion darstellen. Vorteilhafte neue Entwicklungen sind häufig durch innovative Hybridlösungen gekennzeichnet, bei denen Stahlgurte durch Beton oder Betonstege durch Stahl ersetzt werden. Maßgebend sind dann die Verbundsicherungen, für die neue Fragestellungen entstehen. Dieser Beitrag zeigt ausgehend von praktischen Beispielen besondere Anwendungen für randnahe Kopfbolzen. Neue Verbundfertigteilträger erlauben eine Optimierung von Herstellung und Bauzeit. Die Anwendung profilierter Trapezstegbleche wird vorgestellt, wodurch zum einen die Querbiegesteifigkeit und zum anderen die Längsschubtragfähigkeit der Verbundfuge zusätzlich zur Anordnung randnaher Kopfbolzen erhöht wird. Für diesen Anwendungsfall wird die bisher bekannte Bemessungsgleichung für eine zweireihige Dübelanordnung erweitert. Die Anwendung randnaher Kopfbolzen ist zudem aktuell an geometrische Randbedingungen geknüpft, deren Einhaltung zu langen und damit schwer realisierbaren Kopfbolzen führt. Es wird ein Bemessungskonzept vorgestellt, das den Nachweis randnaher Kopfbolzen auf Zug und Schub anstelle der konstruktiven Mindestlängen erlaubt.

Composite bridges - new developments and examples
In bridge construction additionally to aesthetic aspects, high requirements in terms of durability, load bearing capacity and economic efficiency must be taken into account, which are becoming increasingly important in view of the rising traffic forming a challenge for the construction. New advantageous developments are often characterized by innovative hybrid solutions, where steel flanges are replaced by concrete or concrete webs by steel. Often then the composite connections are decisive, for which new open questions arise. Starting from practical examples, this paper deals with special applications of headed studs close to the edge in composite bridge construction. New prefabricated composite girders allow optimizing fabrication and construction time. The application of corrugated steel webs is presented, whereby on one hand the transverse bending stiffness and on the other hand, in addition to the arrangement of “horizontally lying” studs the longitudinal shear connection capacity is increased. For this application, the existing design equation is extended for a double row arrangement of the studs. The application of headed studs close to the edge is currently linked to geometric constraints, leading to long and thus difficult to implement studs. A design concept is presented which allows the verification of headed studs close to the concrete edge for tension and shear directly instead of fixed minimum construction lengths.

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Im Zuge der Anbindung der Innenstadt an ein Industriegelände und den Hafen überquert der neue Verkehrwseg auf einer Länge von 100 m eine Straße und einen Bahnkörper. Konstruktion und Ausführung waren weitgehend durch die Erfordernisse des Bahnverkehrs bestimmt. Der Überbau wurde in einem Guß auf dem Vormontageplatz betoniert und mit Betonplatte eingeschoben. Konstruktion, Bauablauf und Montage werden beschrieben.

Auf einem Gebäude des Insituts für Baustoffe, Massivbau und Brandschutz (iBMB) der Technischen Universität Braunschweig wurde bei einer Geschoßaufstockung eine Verbunddecke, bestehend aus Brettschichtholzbalken und Elementdecken mit Stahlfaseraufbeton, ausgeführt. Um das am besten geeignete Verbundmittel zu finden, wurden verschiedene, z. T. neuartige Verbundmittel in Druck-Scherversuchen getestet und zwei davon bei der Verbunddecke eingesetzt. Dieser Artikel beschreibt die Versuche, die Versuchsergebnisse sowie die Baumaßnahme.

Bei der Errichtung neuer Bauten lassen sich mit Holz-Beton-Verbundquerschnitten gerade bei hohen Lasten, wie z. B. im Brückenbau oder bei mehrgeschossigen Gebäuden mit hohen Deckenlasten, wirtschaftliche Effekte erzielen. Dabei hängt die Wirtschaftlichkeit wesentlich von der Steifigkeit der Verbindung, d. h. von der Sicherung der Verbundwirkung, zwischen den beiden Materialien ab, die entweder durch Kleben oder durch Einsatz mechanischer Teile wie Nägel oder Betonstahl erzeugt werden kann. Zugleich ergibt sich bei der Anwendung dieses Verbundprinzips eine Verbesserung des Schall- und Brandschutzes.

Die Holz-Beton-Verbundbauweise ist eine seit vielen Jahren bekannte und bewährte Möglichkeit für die Sanierung und Verstärkung von Holzbalkendecken. Die Tragfähigkeit wird erhöht, Durchbiegungen und Schwingungsanfälligkeit verringert und bauphysikalische Eigenschaften verbessert. Die Betonplatte wird i. d. R. bewehrt ausgeführt, was in Verbindung mit der erforderlichen Betondeckung zu relativ großen Plattendicken und zu Nachteilen bei der Bauausführung führt. Um dies zu vermeiden, ist es sinnvoll, die konventionelle Betonstahlbewehrung durch Stahlfasern zu ersetzen. Es wird über zwei Bauvorhaben sowie die zugehörigen experimentellen Voruntersuchungen berichtet, bei denen Stahlfaserbeton im Rahmen der Verstärkung von Holzbalkendecken zur Anwendung kam.

Es werden Untersuchungen zum Trag- und Verformungsverhalten neuartiger Verbundmittel für Verbundträger des Hochbaus vorgestellt. Die aus Blechformteilen bestehenden Schubverbinder sind mit Setzbolzen auf die Stahlträger befestigt. Ziel der Untersuchungen ist die statische Modellbildung und Optimierung von rasch und witterungsunabhängig montierbaren Verbundmitteln, welche eine hohe Festigkeit bei ausreichender Verformungsfähigkeit für die plastische Bemessung von Stahl-Beton-Trägern mit Teilverbund aufweisen.

Die Verbundmittel in Stahl-Beton-Verbundkonstruktionen müssen einen ausreichenden Widerstand gegenüber Beanspruchungen orthogonal zur Verbundfuge aufweisen, um einerseits das Abheben der Betonplatte vom Stahlträger, andererseits die gegenseitige Penetration von Stahlträger und Betongurt zu verhindern. Während in der Vergangenheit das Verankerungsverhalten von Kopfbolzendübeln umfassend untersucht und beschrieben wurde, existieren für zug- und druckbeanspruchte Verbunddübelleisten bisher keine systematischen Untersuchungen. Im vorliegenden Beitrag wird daher das Tragverhalten von Verbunddübelleisten unter Beanspruchungen orthogonal zur Verbundfuge durch nichtlineare, dreidimensionale FE-Untersuchungen analysiert. Das anhand von Versuchen aus der Literatur verifizierte FE-Modell wird verwendet, um die Tragmechanismen des Zusammenwirkens von Stahldübel und Beton herauszuarbeiten und bisher nicht untersuchte Einflüsse, wie die Wirkung von Querbewehrung im Betondübel und den Maßstabseffekt der Verankerungstiefe, zu klären. Im zweiten der zusammengehörenden Fachaufsätze fließen die hier gewonnenen FE-Ergebnisse in die Entwicklung von Ingenieurmodellen und Bemessungsansätzen ein.

Rib shear connectors with concrete break out failure subjected to tension or compressive loads - Part 1: Finite Element Analysis
The shear connectors in steel-concrete composite structures have to provide sufficient resistance against stresses acting orthogonally to the shear connection leading either to uplift of the concrete slab or mutual penetration of the steel girder and the concrete. While the anchoring behavior of headed studs has been extensively researched in the past, investigations in the load bearing behavior of composite dowels subjected to tension and compressive loads are missing, to date. Therefore, the present paper describes finite element investigations in the load bearing behavior of composite dowels exposed to loads acting orthogonally to the shear connection. The FE-model, validated against tests from literature, is used to investigate the transfer of stresses between steel dowel and concrete and to clarify the influence of different parameters, like the effect of transversal reinforcement in the concrete and the size effect of the anchorage depth. In the second part, the FE-results are used to derive engineering models and design approaches for composite dowels subjected to tension or compression.

Herrn Professor Dr.-Ing. Dr.-Ing. E.h. Dr. h.c. Werner Sobek zu seinem 65. Geburtstag gewidmet
Die Verbundmittel in Stahl-Beton-Verbundkonstruktionen müssen einen ausreichenden Widerstand gegenüber Beanspruchungen orthogonal zur Verbundfuge aufweisen, um einerseits das Abheben der Betonplatte vom Stahlträger, andererseits die gegenseitige Penetration von Stahlträger und Betongurt zu verhindern. Während für Kopfbolzen und Hinterschnittdübel das Trag- und Verankerungsverhalten umfassend erforscht und in DIN EN 1992-4 geregelt ist, fehlen entsprechende Ansätze für Verbunddübelleisten bislang. Im vorliegenden Beitrag werden Ingenieurmodelle für das Zug- bzw. Drucktragverhalten von Verbunddübelleisten hergeleitet, die auf den Ergebnissen einer umfassenden FE-Analyse basieren und in einem vorangegangenen Fachbeitrag beschrieben sind [1]. Zusätzlich wurde eine Versuchsdatenbank mit allen in der Literatur beschriebenen Zug- und Druckversuchen an Verbunddübelleisten erstellt. Hieran wurde das Ingenieurmodell kalibriert und durch eine statistische Auswertung gemäß Anhang D des EC0 mit Bestimmung des Teilsicherheitsbeiwerts auf das Bemessungsniveau überführt.

Rib shear connectors with concrete break out failure subjected to tension or compressive loads - Part 2: Database and design models
The shear connectors in steel-concrete composite structures have to provide sufficient resistance against stresses acting orthogonally to the shear connection leading either to uplift of the concrete slab or mutual penetration of steel and concrete. While the anchoring behavior of headed studs has been extensively researched and regulations have been incorporated in DIN EN 1992-4, corresponding approaches for rib shear connectors have so far been lacking. In the present paper, engineering models are derived for rib shear connectors with either tension or compression loading. These engineering models are based on the results of FE-simulations, which have been described in an antecedent contribution [1]. Furthermore, a test database has been set up comprising all tensile and compressive tests of rib shear connectors described in the literature. Using these test database, the engineering model was calibrated and transformed into a design approach using the method of appendix D of EC0 with calculation of the partial safety factor.

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Verbundkonstruktionen, insbesondere Stahlfachwerkskonstruktionen, werden in Deutschland auch im Brückenbau in immer größer werdender Anzahl ausgeführt (1). Die hier vorgestellte Brücke besteht aus einem Stahlfachwerk aus geschweißten Hohlprofilen sowie einer mit dem Obergurt in Verbund stehenden Fahrbahnplatte. Da der Verkehr während der Bauzeit weitgehend ohne Einschränkungen aufrecht erhalten werden mußte, wurde die Brücke neben einer bereits bestehenden Brücke hergestellt. Auf die Besonderheiten, insbesondere die statische Berechnung, wird im folgenden näher eingegangen.

Die nachhaltige Kombination neuer Materialien und die Demonstration neuer technischer und architektonischer Möglichkeiten war das Ziel eines kombinierten Forschungs- und Lehrprojekts an der Technischen Universität Berlin. Anhand eines von Studierenden entworfenen und gebauten Pavillons wurde eine neuartige Verbundfassade erprobt und umgesetzt. Die Haut der Fassade des kleinen Holztafelbaus besteht aus Upcycling-Polyurethan-Pressplatten, die mit einer 2 bis 3 mm dicken, hochelastischen Polyurethan-Beschichtung versehen sind. Der Pavillon wird als Veranstaltungsort und Studentencafe genutzt und dient den Forschern gleichzeitig zur Evaluation des neuen Fassadensystems über die kommenden Jahre.

Education and research - Composite system of up-cycled PUR panels and timber for façade structures.
The environmentally friendly combination of new materials and the demonstration of new engineering and architectural possibilities is the goal of a project at the “Department of Conceptual and Structural Design-Composite Structures”. An experimental pavilion with a novel composite façade is designed, aiming to improve the durability of timber structures by employing technical and environmental innovations. Therefore a timber frame is combined with up-cycled compressed polyurethane (PUR) panels which again are protected by a 2 to 3 mm thick sprayed polyurethane coating. The pavilion is used for lectures during summertime and at the same time allows researchers to evaluate its innovative façade structure during the coming years.

Mit der Verbundfertigteil-Bauweise wurde ein Verfahren zur wirtschaftlichen Herstellung von Verbunddeckbrücken kleiner und mittlerer Stützweiten von 20 bis 100 m mit durchgehender Ortbetonplatte entwickelt. Es eröffnen sich Möglichkeiten für neue statische Systeme und kurze, effiziente Herstellungszeiten. Die Erstellung des Überbaus stört den unterführten Verkehr nur für wenige Minuten während des Verlegevorgangs des Verbundfertigteilträgers.

Beim Millennium Tower in Wien kamen neuartige Verbundflachdecken, sogenannte "Slim Floors", in Verbindung mit sehr schlanken, runden Verbundstützen zum Einsatz. In die Stahlbetondecke integrierte Stahlträger bewirken eine Deckeneinspannung in die Stützen und lösen gleichzeitig das Durchstanzproblem. In diesem Beitrag werden das Prinzip der Lastabtragung und die erforderlichen Bemessungsschritte der Decken erläutert.

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Das mechanische Verhalten der Verbundglasplatten wird vom Zusammenspiel von Schubverbund und Membrantragwirkung bestimmt. Die vorliegende Arbeit analysiert diese beiden Parameter und gründet darauf ein einfaches, sicheres und wirtschaftliches Bemessungsverfahren. Im Teil I wird eine temperatur- und zeitabhängige Grenzkurve für den Schubmodul von Polyvinylbu-tyral (PVB) entwickelt. Mit Hilfe der Sandwichtheorie wird eine Näherungslösung für zweiseitig gelagerte Verbundplatten erarbeitet und insbesondere das Knickkriechen näher untersucht. Teil II (Heft2/2005) ist dem Zusammenwirken von Schubverbund und Membrantragwirkung bei Verbundplatten gewidmet. Die Last-Spannungsdiagramme zeigen überraschenderweise, daß die Kurven mit nachgiebigem Verbund teilweise über dem Grenzwert der verbundfrei geschichteten Platte liegen. Um dieser Besonderheit Rechnung zu tragen, werden umhüllende Grenzkurven ermittelt und in einem allgemeinen Bemessungsdiagramm zusammengefaßt. Generell wird bei nachgiebigem Verbund der nichtlineare Bereich wesentlich früher erreicht als bei monolithischen Platten. Darin liegt die eigentliche Stärke der Verbundglasplatten: Bei geringem Verbund (z. B. bei höheren Temperaturen oder langer Lasteinwirkungsdauer) geht die Tragfähigkeit nicht verloren, sondern wird von der Membrantragwirkung aufgefangen.

Das mechanische Verhalten der Verbundglasplatten wird vom Zusammenspiel von Schubverbund und Membrantragwirkung bestimmt. Die vorliegende Arbeit analysiert diese beiden Parameter und gründet darauf ein einfaches, sicheres und wirtschaftliches Bemessungsverfahren. Im Teil I (Heft 1/2005) wurde eine temperatur- und zeitabhängige Grenzkurve für den Schubmodul von Polyvinylbutyral (PVB) entwickelt. Mit Hilfe der Sandwichtheorie wird eine Näherungslösung für zweiseitig gelagerte Verbundplatten erarbeitet und insbesondere das Knickkriechen näher untersucht. Teil II ist dem Zusammenwirken von Schubverbund und Membrantragwirkung bei Verbundplatten gewidmet. Die Last-Spannungsdiagramme zeigen überraschenderweise, daß die Kurven mit nachgiebigem Verbund teilweise über dem Grenzwert der verbundfrei geschichteten Platte liegen. Um dieser Besonderheit Rechnung zu tragen, werden umhüllende Grenzkurven ermittelt und in einem allgemeinen Bemessungsdiagramm zusammengefaßt. Generell wird bei nachgiebigem Verbund der nichtlineare Bereich wesentlich früher erreicht als bei monolithischen Platten. Darin liegt die eigentliche Stärke der Verbundglasplatten: Bei geringem Verbund (z. B. bei höheren Temperaturen oder langer Lasteinwirkungsdauer) geht die Tragfähigkeit nicht verloren, sondern wird von der Membrantragwirkung aufgefangen.

In diesem Artikel werden die wesentlichen Überlegungen zur Fertigung im Hinblick auf optimale Montagebedingungen erläutert. Die Montage wird im Zusammenhang mit den parallel laufenden Betonarbeiten erklärt. Im letzten Kapitel wird die erstmalige Anwendung von Setznägeln und Setzbolzen an Sonderkonstruktionen gezeigt.

Im Leichtbau entstehen immer häufiger Bauelemente, die aus verschiedenartigen Plattenwerkstoffen und dünnen, kaltgeformten Stahlblechprofilen zusammengesetzt sind. Es werden für verschiedene Plattenwerkstoffe die Materialkennwerte und die Verschiebungsgrösse in der Fuge zwischen Blech und Plattenwerk-stoff ermittelt. Aus Kassettenprofilen, Spanplatten, Faserzementplatten und Gipskartonplatten sind Verbundbauteile hergestellt und geprüft worden.

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