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Die Berechnung des Last-Verformungs-Verhaltens von Stahlbetonplatten unter Berücksichtigung der materialbedingten Nichtlinearitäten ist aufwendig und komplex. Im Rahmen dieses Fachaufsatzes werden großmaßstäbliche Plattenversuche nachgerechnet, wobei die zugrunde gelegte Werkstoffbeziehung für Stahlbeton auf dem Gerissenen Scheibenmodell [2] in Kombination mit dem Schichtenmodell nach [4] basiert. Die Werkstoffbeziehung wurde als Usermat in ANSYS MECHANICAL APDL [5] implementiert. Neben dem Vergleich der berechneten und gemessenen Last-Verformungs-Verhalten der Plattenversuche sind auch die berechneten und gemessenen Verzerrungen, der Kraftfluss und das Rissbild an einem ausgewählten Plattenversuch gegenübergestellt. Um die Qualität der Nachrechnungen beurteilen zu können, wurden die Versuche zusätzlich mit zwei kommerziellen Finite-Elemente-Programmen SOFISTIK [14] und ABAQUS [15] nachgerechnet. Zudem wird der Einfluss der Idealisierung der Spannungs-Dehnungs-Beziehung für Betonstahl auf das Last-Verformungs-Verhalten der Platten an einem Beispiel diskutiert. Es wird gezeigt, dass insbesondere das berechnete Verformungsvermögen der Platten stark von der Idealisierung der Werkstoffbeziehungen abhängt.

Finite Element Analysis of Reinforced Concrete Slabs - Post-test calculations of plate tests using the cracked membrane model
The calculation of the load-deformation behaviour of reinforced concrete slabs, under consideration of the non-linear material behaviour, is an involved and complex process. In this paper post-test calculations of large-scale plate tests are carried out. The utilised constitutive law for reinforced concrete is based on the combination of the cracked membrane model [2] and the layer model according to [4]. The constitutive law was implemented as Usermat in ANSYS MECHANICAL APDL. Comparisons of the calculated and measured load-deformation curves of the plate tests are carried out. The calculated and measured load-deformation curves of the plate tests are compared. Further, for a selected plate test, comparisons are carried out for the calculated and experimentally determined strains, the flow of force and the crack pattern. To assess the quality of the post-test calculations, the test results were also verified with the two commercially available finite element programs SOFISTIK [14] and ABAQUS [15]. Furthermore, a selected plate test is used to discuss the influence of the idealisation of the reinforcement steel stress-strain relationship on the load-deformation behaviour of the plates. It is shown that the calculated deformation capacity of the slabs is strongly dependent on the chosen idealisation of the constitutive law.

Der ebene Spannungszustand nimmt in der Analyse von Stahlbetonbauteilen eine zentrale Rolle ein. Das Last-Verformungs-Verhalten von Balken, Scheiben und dünnen Platten kann mithilfe des ebenen Spannungszustands ausreichend genau beschrieben werden. Im Folgenden wird eine Finite-Elemente-Analyse von Stahlbetonscheiben und Stahlbetonplatten auf Basis nichtlinearer Materialmodelle vorgestellt. Das den Berechnungen zugrunde gelegte mechanische Modell ist das gerissene Scheibenmodell, das einen ebenen Spannungszustand voraussetzt und frei drehbare Risse mit diskretem Rissabstand berücksichtigt. Für die Berechnung des Last-Verformungs-Verhaltens von Stahlbetonscheiben wird das gerissene Scheibenmodell um das linear elastische Werkstoffgesetz und das zweiachsige Druckmodell für Beton ergänzt. Die Analyse dünner Platten erfolgt mit einem Schichtenmodell. Die Voraussetzung eines ebenen Spannungszustands in jeder Schicht erlaubt die Betrachtung der Schichten als Stahlbetonscheiben. Die der Berechnung vorausgesetzten mechanischen Modelle und Werkstoffgesetze werden in Form eines “User Defined Materials” in das nichtlineare Finite-Elemente-Programm ANSYS Mechanical APDL implementiert. Folgend werden ausgewählte Scheiben- und Plattenversuche nachgerechnet.

Finite-element-analysis of reinforced concrete structural elements under plane stress - Membrane and thin plate calculations based on the cracked membrane model.
Plane stress fields play a central role in the analysis of reinforced concrete structural elements. The load-deformation behavior of beams, membranes and thin plates can be represented with sufficient accuracy by plane stress states. This paper presents a finite-element-analysis approach of reinforced concrete membranes and plates, which is based on the cracked membrane model. The cracked membrane model assumes a plane stress state and considers discrete crack patterns that spacing are rotationally unconstrained. In order to compute the load-deformation behavior of reinforced concrete membranes, the cracked membrane model is combined with a linear elastic material law and a biaxial compression model for the concrete. The analysis of thin reinforced concrete plates is based on a multi-layer model. Assuming that each of the layers is under plane stress, it is possible to model a thin plate as an assemblage of reinforced concrete membranes. The presented mechanical models are implemented in the nonlinear finite-element-analysis software, ANSYS Mechanical APDL, by developing specialized “user defined materials”. To validate the finite-element-implementation, analysis results are compared with experimental results from selected membrane and plate tests.

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Dieser Beitrag beschreibt die ausgeführten experimentellen und analytischen Untersuchungen über neuartige Stahl-Beton-Verbindungen für Verbundbrücken, so genannte “Haftverbindungen“. Ihre Festigkeit beruht auf der Reibung an mehreren in geeigneter Weise angeordneten Kontaktflächen. Diese Verbindungen haben den Vorteil, daß sie einen einfachen und schnellen Einbau von vorgefertigten Platten erlauben, wobei das Betonieren auf der Baustelle auf ein Minimum begrenzt wird. Die experimentellen Ergebnisse zeigen, daß diese Verbindungen einen großen Längsschubwiderstand und gegenüber der traditionellen Verbundart (Kopfbolzendübel) eine sehr hohe Steifigkeit haben. Ihre Duktilität dagegen ist deutlich geringer. Anhand der experimentellen Resultate wurde ein Rechnungsmodell für den Tragwiderstand dieser Verbindung entwickelt. Dieses Modell berücksichtigt sowohl die beobachtete behinderte Querverformung als auch das Materialverhalten der Kontaktflächen. Das Modell wurde für eine Parameterstudie verwendet, aus welcher gewisse Resultate dargestellt und diskutiert werden. Aus diesem wird eine vereinfachte Berechnungsmethode abgeleitet. Zusätzlich werden Entwurfsrichtlinien und einige Empfehlungen für die Ausführung vorgeschlagen. Das Verhalten von Stahl-Beton-Verbundträger mit Haftverbindung wird ebenfalls kurz besprochen.

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This paper will focus on the use of fibre reinforced concrete on the Crossrail project in the UK. Crossrail (now named The Elizabeth Line) is a new railway running from West to East under the centre of London. This railway runs for approximately 14 km underground and five of the new stations were constructed with permanent sprayed concrete linings. Fibre reinforced concrete played a prominent role in all of the tunnelling - both for the segmental linings and the sprayed concrete tunnel (SCL) linings. Having reviewed the context of the project and the state-of-the-art in tunnel design at the time of the design, this paper will describe the design approach for both the TBM and mined tunnels and their fibre reinforced linings. While the segmental lining design followed a conventional approach, the SCL tunnels adopted an innovative design with the first major application of permanent sprayed concrete in the UK and featured the first use of a spray applied waterproofing membrane (SAWM) on a major project in Europe. Performance during construction will be reviewed and conclusions will be drawn on what can be learnt from the mega project.

This paper will provide an overview of the state of the art of the use of fibre reinforced concrete in tunnelling. The major applications for fibres are for the reinforcement of sprayed concrete and pre-cast concrete segmental linings, but fibre reinforcement is also increasingly used for other applications such as trackbed/trackslab and minor precast concrete elements such as cable ducts, drip shields, and drainage elements. As the technology has matured, a wide variety of fibre types, made from different materials, has emerged. Standards have been developed for the manufacture, testing and application of all these fibre types. Moreover, design guidelines and codes have been published and new design methods are still being developed. The International Tunnelling Association has published several guidance documents in this field. Last but not least, FRC has an important role to play in reducing the carbon footprint of tunnelling projects.

Beim Taktschieben wird der Brückenquerschnitt durch biaxiale Spannungen infolge der Lasteinleitung aus dem Verschublager des letzten Pfeilers und des dort auftretenden Biegemoments beansprucht. Zusätzlich treten unumgängliche Exzentrizitäten aus der Lasteinleitung des Verschublagers auf, wodurch eine zusätzliche Biegebeanspruchung aus der Ebene für das Stegblech resultieren kann. Während herstellungsbedingte Toleranzen in Form von Imperfektionsbeiwerten oder geometrischen Ersatzimperfektionen in den aktuellen Regelungen zum Beulnachweis nach DIN EN 1993-1-5:2019 bereits berücksichtigt sind, beinhalten diese keine Möglichkeit, Exzentrizitäten bei der Lasteinleitung aus den Verschublagern zu berücksichtigen. In der Praxis werden deshalb oft zusätzliche Nachweise gefordert, die normativ nicht geregelt sind und demzufolge einen erheblichen Mehraufwand für die Bemessung und Ausführung verursachen. Um diese Problemstellung zu beantworten, wurden im Rahmen der Beuluntersuchung zur Talbrücke Thulba und des Forschungsprojekts zum Beulnachweis von längsausgesteiften Beulfeldern unter mehrachsiger Beanspruchung großmaßstäbliche Beulversuche und numerische Berechnungen durchgeführt. Auf deren Basis wurde von der Hauptautorin ein Vorschlag zur Berücksichtigung einer exzentrischen Lasteinleitung beim Beulnachweis entwickelt. Der vorliegende Teil 1 dieser Veröffentlichung beschreibt die experimentellen und numerischen Untersuchungen zum Einfluss einer exzentrischen Lasteinleitung unter Berücksichtigung verschiedener Verschublagertypen. Die Ergebnisse werden in einem Teil 2 mit den aktuellen Regelungen der Norm verglichen. Des Weiteren wird im Teil 2 der Vorschlag zur Berücksichtigung einer exzentrischen Lasteinleitung durch Implementierung eines Exzentrizitätsbeiwerts &OHgr; im Beulnachweis mit der Methode der reduzierten Spannungen vorgestellt.

Consideration of an eccentric load introduction in the buckling check acc. to the reduced stress method in EN 1993-1-5:2019 - part 1: experimental studies
During incremental launching, the cross-section of a bridge is stressed by biaxial stresses due to the load introduction from the launching bearing on the last pier and the bending moment occurring there. In addition, unavoidable eccentricities from the load introduction occur, which could result in an additional out-of-plane bending at the web. While manufacturing-related tolerances in form of imperfection coefficients or geometric equivalent imperfections are already taken into account in the current regulations for the buckling verification acc. to DIN EN 1993-1-5:2019, they do not include eccentricities of the load introduction from the launching bearings. In practice, therefore additional verifications are often required which are not regulated by standards and consequently cause significant additional work for the design and execution. In order to solve this problem, large-scale buckling tests and numerical calculations were carried out as part of the buckling investigation for the Thulba viaduct and the research project on the buckling verification of longitudinally stiffened plates under multiaxial loading. Based on these, a proposal for the consideration of an eccentric load introduction in the buckling verification was developed by the main author. The present part 1 of this publication describes the experimental and numerical investigations on the effect of an eccentric load introduction considering different types of launching bearings. The results are then compared with the current regulations of the standard in a part 2. Furthermore, in part 2 a proposal for the consideration of an eccentric load introduction by implementing an eccentricity coefficient in the buckling verification using the method of reduced stresses is presented.

Zyklisch axiale Einwirkungen auf Pfähle können bekanntlich zur Akkumulation der plastischen Verschiebung des Pfahls und zur Änderung der postzyklischen Tragfähigkeit führen. Zu den Ursachen dieser Phänomene bestehen aber noch erhebliche Kenntnisdefizite. Im Rahmen eines DFG-Forschungsprojekts sind neue Erkenntnisse zum zyklischen und postzyklischen Pfahltragverhalten erzielt worden. Dieser Beitrag berichtet von der Methodik und den wesentlichen Ergebnissen dieser Untersuchungen: In insgesamt 77 Probebelastungen an Modellpfählen konnten durch die Variation der Belastungsparameter und der Bodenkenngrößen verschiedene Einflussfaktoren für die Akkumulation der plastischen Verschiebung des Pfahls und die Änderung der Tragfähigkeit identifiziert werden. Auf Grundlage von Spannungsmessungen im Pfahlnahbereich und der Beobachtung von bodenmechanischen Vorgängen mithilfe der Particle Image Velocimetry (PIV) konnten Hypothesen zum zyklischen und postzyklischen Tragverhalten abgeleitet werden. Schließlich wird ein neuartiges Interaktionsdiagramm vorgestellt, mit dem das zu erwartende Verschiebungsverhalten des Pfahls qualitativ abgeschätzt werden kann.

Experimental findings on pile behaviour under cyclic axial loading.
It is known that cyclic axial loads may lead to the accumulation of plastic pile displacement and to the change in post-cyclic pile capacity, but the causative mechanisms of cyclic pile behaviour are not completely understood. Thus, within the framework of a project supported by the German Research Foundation (DFG), the cyclic and post-cyclic pile behaviour was systematically investigated using three experimental concepts. This paper reports about the investigation techniques and the significant findings of test results: In 77 model tests loading parameters and soil properties were modified. In this way it was possible to identify key influence factors for the accumulation of plastic pile displacement and for the change in post-cyclic pile capacity. Based on stress measurements and observation of soil mechanical mechanisms using Particle Image Velocimetry (PIV) different hypothesis for cyclic and post-cyclic pile behaviour could be derived. Finally, in order to forecast the plastic pile displacements from a qualitative viewpoint, a novel interaction diagram is presented.

Versuche zum Verformungsverhalten von Wänden und Pfeilern aus KS-Mauerwerk als Grundlage der zu überarbeitenden DIN 1053

Bei der Felssicherung und -sanierung des unter Denkmalschutz stehenden Drachenfelses bei Bonn, einem wichtigen touristischen Anziehungspunkt des Rheinlandes, wurden Konstruktionselemente des Stahlbetons, des Spannbetons und der Felsmechanik angewandt. Das vulkanische Trachytgestein, durch Abkühlungsprozesse im Verlauf der Entstehungsgeschichte vielfach gespalten, wurde zusätzlich durch die Nutzung als Steinbruch schon im Mittelalter in seiner Standsicherheit geschädigt. Der Felssturzgefahr wurde mit vorgespannten Felsankern, die sich zur Lastverteilung auf am Fels entlang verlaufenden Gurten abstützen, gesichert.

1995 erhielten die Sächsischen SANDSTEINWERKE erstmals den Auftrag zur Herstellung und Lieferung von Werksteinen für die Dresdner Frauenkirche. Seither begleiteten sie damit das Vorhaben bis hin zum letzten Stein, der in der Laterne am 13. April 2004 versetzt wurde. Zu Beginn der Arbeiten konnten Unternehmensleitung und Mitarbeiter noch nicht einschätzen, und so ging es vielen die am Wiederaufbau beteiligt waren, mit welchen Aufgaben sie in der Folgezeit konfrontiert werden sollten. Die fortschreitende Planung ging mit einer Fortbildung der einzelnen Bearbeiter wie auch des Unternehmens einher. Aus heutiger Sicht erscheint vieles, was geschaffen wurde, selbstverständlich. Die Lösungen von Problemen und komplizierten Aufgaben stellen sich heute logisch und einfach dar. Die vielen Stunden des Suchens vor der Lösung sind vergessen. Wenn Bauleute, Architekten und interessierte Menschen in einem Rundgang durch die Frauenkirche geführt werden und von der Arbeit berichtet wird, hört und spürt man immer wieder, welche Achtung allen am Wiederaufbau Beteiligten entgegengebracht wird.
Nachfolgend wird ein Einblick in die schwierige Aufgabe der Erarbeitung der steintechnischen Angaben und Unterlagen für die Bearbeitung von Werksteinen allgemein als auch speziell für die Wiederherstellung der Kuppel gegeben.

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Nähere Erläuterungen zur Anwendung des Berechnungsverfahrens, das gegenüber dem Verfahren von Dischinger oder der Gleichung, die über die mittlere, kriecherzeugende Spannung den Spannkraftverlust bestimmt, in gewissen Anwendungsfällen eine grössere Genauigkeit der Berechnung erlaubt.

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Um den Einfluss von Spanngliedern bei der Rissbreitenbeschränkung berücksichtigen zu können, wurde aus theoretischen Überlegungen und praktischen Versuchen ein Ansatz hergeleitet, der das Verbundverhalten von Spanngliedern im Vergleich zu unmittelbar einbetonierten Betonstählen beschreibt. Eine vorliegende Theorie für die Berechnung von kritischen Rissbreiten wurde um die Berücksichtigung von Spanngliedern erweitert und durch Versuche überprüft.

Die beiden weltweit bisher bekannten Ladungsrückhaltesysteme werden in Stahlbauweise ausgeführt. Bei diesen stählernen Systemen wird die Anprallenergie des Ladungsgegenstands ausschließlich durch Deformationsenergie der Rückhaltekonstruktion verzehrt werden. Dies führt bereits bei einem vergleichsweise geringen Ladungsanprall zu nennenswerten Reparatur- bzw. Erneuerungsarbeiten der deformierten Schutzeinrichtung mit den damit verbundenen Beeinträchtigungen des Straßenverkehrs und den daraus resultierenden Unterhaltungskosten.
Bisher ist noch keine Schutzeinrichtung in Massivbauweise bekannt, deren Funktion ausschließlich darin besteht, im Bedarfsfall die transportierte Ladung eines abkommenden Fahrzeugs zurückzuhalten. Daher wurde ein Ladungsrückhaltesystem aus textilbewehrten Betonfertigteilen entwickelt, bei dem die kinetische Energie des Ladungsgegenstands durch reversible Konstruktionsverformungen unter Nutzung der Massenträgheit des Betons und, ab einem möglichen höheren Energieniveau der anprallenden Ladung, durch irreversible Verformungen einer speziellen Deformationsschicht dissipiert wird.
Der Beitrag beschreibt den Aufbau und die Funktionsweise des entwickelten Ladungsrückhaltesystems. Weiterhin wird ein Bemessungsvorschlag zu dem als Koppelelement wirkenden textilbewehrten Betondübel mit Kreisquerschnitt vorgestellt, dessen Querkrafttragfähigkeit aus statischen und dynamischen Versuchen abgeleitet wurde.

New development of a load restraint system of textile reinforced precast concrete units: design proposal to the textile reinforced concrete anchor with circular cross-section that is acting as a coupling element
The two load restraint systems that are globally known so far are produced in steel construction. For those steel systems the impact energy of the load object will be consumed exclusively by deformation energy of the restraint system. This already leads at a comparatively low load impact to considerable repair or replace works of the deformed safety barrier with the connected reductions of the road traffic and the maintenance costs resulting from it.
Up to now there is no safety barrier known in solid construction whose function consists exclusively in holding back the transported load of a vehicle running off the road, if necessary. Therefore a load restraint system of textile reinforced precast concrete units has been developed, where the kinetic energy of the load object is converted in reversible construction deformations under the use of concrete mass inertia and, from a possible higher energy level of the load object, in irreversible deformations of a special deformation layer.
The contribution discusses the construction and the function of the developed load restraint system. Furthermore a design proposal is presented to the textile reinforced concrete anchor with circular cross-section that is acting as a coupling element and whose shear force capacity was derived from static and dynamic tests.

Während beim Nachweis einer Kranbahn auf der Einwirkungsseite Spielräume vom Kran her bestehen, ist die Beanspruchbarkeit einer bestehenden Kranbahn ohne konstruktive Veränderungen festgeschrieben. Gerade wenn auf bestehende Kranbahnen neue Krane, oft mit erhöhter Tragfähigkeit, gesetzt werden sollen, müssen die Tragreserven nicht nur in der Kranbahn, sondern primär im Kran selbst bzw. seinen Parametern gesucht werden.
Änderungen der Kranparameter und konstruktive Anpassungen der Krane, wie erhöhter Radstand, horizontale Führungsrollen, weichere Puffer usw. schaffen vorteilhaftere Einwirkungen auf die Kranbahn. Breiten Raum nimmt dabei die horizontale Kraftwirkung auf die Kranbahn ein, sind doch damit deutliche Einsparungen möglich, aber auch Gefährdungen werden aufgezeigt.
Hinweise und Ausführungsbeispiele sowie Schäden und Einsatzerfahrungen, einschließend häufig auftretende Fehler in Konstruktion und Berechnung, schaffen eine neue Betrachtungsweise für die Auslegung von Kranbahnen für Brücken- und Portalkrane.

Controlling the actions on crane gantries.
When analysing the actions on a crane gantry, there is some leeway on the crane side, but the actions that may be applied to an existing crane gantry are fixed unless constructional changes are made. In particular, when new cranes, often with higher safe working loads, are to be mounted on existing crane gantries, the loadbearing reserves should not be sought solely in the gantry, but instead primarily in the crane itself, or rather its parameters.
Changing the crane parameters and adapting the crane design, e.g. longer wheelbase, horizontal guide wheels, softer buffers, etc., are better for the crane gantry. The horizontal forces acting on the crane gantry constitute the principal effects, and significant savings are possible here. But the risks must also be addressed.
Advice and case studies plus damage and practical experience, including the mistakes that frequently occur in design and calculations, add up to a new approach to the design of crane gantries for overhead travelling and portal gantry cranes.

Über die Entwicklung des Brückenbaus bis 1978 aus der Sicht der öffentlichen Bauherrschaft.

Stand der Technik und Ausblick auf neue Entwicklungen im Brückenbau und der Herstellungsverfahren im Jahr 1974.

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