Gleichgewicht, Stabilität und Sensitivität führen zu unterschiedlichen Informationen bezüglich Strukturverhalten. Sensitivität wird definiert als reziproker Wert einer Potentialdifferenz. Als invariante Größe beschreibt sie die Eigenschaften eines stabilen Gleichgewichts.

Entsprechend den geltenden nationalen und internationalen Massivbaunormen darf die in Stahlbetonbauteilen von Bewehrung aufzunehmende Kraft bei überwiegender Zwangbeanspruchung mit zunehmenden Bauteildicken bis auf 50% reduziert werden. Als Begründung werden Eigenspannungen genannt. Die Ergebnisse einer umfangreichen FE-Untersuchung zu den Eigenspannungen während der Betonerhärtung haben bestätigt, dass der Einfluss der Eigenspannung auf die Risslast mit der Bauteildicke zunimmt. Deren Zusammenhang ist jedoch sehr komplex, so dass die heutige Annahme zur Zwangkraft für die Begrenzung der Rissbreite infolge Zwangbeanspruchung nur als eine pragmatische Vorgehensweise bewertet werden kann. Für einen mechanisch fundierten Bemessungsvorschlag sind weitere Untersuchungen erforderlich.

Ultrahochfester Beton (UHFB) stellt den aktuellen Entwicklungsstand in der Betontechnologie dar. Durch die Variation der Stahlfasergeometrie und des -gehalts können die Eigenschaften dieses innovativen Werkstoffs innerhalb einer Bandbreite gestaltet werden. Anhand einer eigenen Versuchsreihe werden die Gestaltungsmöglichkeiten des Anwenders demonstriert und Anregungen zur Wahl einer gezielten Stoffzusammensetzung gegeben.

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In pressure tunnel construction, the crack water table plays a varied role, often important and decisive with regard to technology, safety, cost-effectiveness and environmental relevance. This paper is concerned with the crack water table and its natural range of fluctuation, with the relaxation of crack water pressure due to tunnelling, the interaction between internal tunnel pressure and crack water as it affects lining and waterproofing and the influence of the crack water by the operation of the tunnel.
Im Druckstollenbau spielt der Bergwasserspiegel eine vielfältige und hinsichtlich Technik, Sicherheit, Wirtschaftlichkeit und Umweltrelevanz eine wichtige und oft entscheidende Rolle. Der Beitrag beschäftigt sich mit dem Bergwasserniveau und seiner natürlichen Schwankungsbreite, mit der Bergwasserentspannung durch den Vortrieb, mit dem Zusammenwirken von Stolleninnendruck und Bergwasser im Hinblick auf Auskleidung und Abdichtung sowie mit der Beeinflussung des Bergwassers durch den Betrieb des Druckstollens.

Injection grouting by various methods is of fundamental importance for the construction of pressure tunnels and demands corresponding attention from designers and also from contractors. Pressure tunnel for the sake of this article means the low-pressure sections of the water supply to hydropower stations upstream of the surge chamber with an internal pressure of up to approx. 200 m WS (20 bar). The article deals principally with grouting used with lining systems consisting of precast concrete segments. Specific aspects concerning the grouting of in-situ concrete linings, foils or steel liners are only included incidentally.

Injektionen unterschiedlicher Art sind im Druckstollenbau von grundlegender Bedeutung und verdienen sowohl in der Planung als auch in der Ausführung eine entsprechende Beachtung. Als Druckstollen wird im Rahmen dieser Darstellung der Niederdruckabschnitt der Triebwasserführung von Wasserkraftanlagen vor dem Wasserschloss, mit einem Innendruck bis ca. 200 m WS (20 bar) verstanden. In erster Linie werden Injektionen behandelt, die bei Auskleidungssystemen mit Betonfertigteilen (Tübbingsystemen) Anwendung finden. Spezifische Aspekte von Injektionen bei Ortbeton-Auskleidungen, Folien oder Panzerungen werden nur am Rande mit einbezogen.

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Pressure shafts, due to their complexity and length, are one of the most challenging parts of the headrace system of a high head hydropower plant. Pressure shafts offer great potential for optimisation and this has to be reflected in their design and construction. The article first describes most common system concepts for headrace systems. Then it introduces the graphical-analytical design method from Seeber in its main features and uses this as a basis for understanding the mode of action of common lining systems. Finally, the common mechanised heading methods are briefly discussed in terms of their areas of application depending on the expected ground behaviour with a qualitative risk assessment of their feasibility.
Kraftabstiege gehören gemessen an Komplexität, Längenerstreckung und Anpassungsmöglichkeiten an die Gegebenheiten vor Ort zu den anspruchsvollsten Anlageteilen von Hochdruckanlagen. Sie bergen ein entsprechendes Optimierungspotenzial und erfordern eine entsprechend hohe Beachtung bei der Planung und Ausführung. Der Beitrag geht zunächst auf die gebräuchlichsten Anlagenkonzepte ein, stellt anschließend das graphisch-analytische Bemessungsverfahren nach Seeber in seinen Grundzügen vor und nutzt dieses als Basis für das Verständnis der Wirkungsweise gängiger Auskleidungssysteme. Abschließend werden die gängigen mechanischen Vortriebsverfahren hinsichtlich ihrer Einsatzgebiete kurz erläutert und in Abhängigkeit des erwarteten Gebirgsverhaltens einer qualitativen Risikobetrachtung hinsichtlich ihrer Einsatzeignung unterzogen.

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The Kopswerk II power plant of the Vorarlberger Illwerke AG with a capacity of 510 MW was constructed between 2004 and 2008 as a pumped storage scheme parallel to the existing Kopswerk I (247 MW) constructed in 1969. The design of the headrace was confronted with borderline conditions concerning both construction and operation. The construction concept had to take into consideration the external constraints and ensure continuous construction in winter in the high mountains. On account of the formation water situation, the intention was to relieve formation water pressure during the construction period.
In operation, the components of the headrace system including pressure tunnel are subject to enormous internal pressure fluctuations within a very short time on account of the pumped storage peak flow operation of Kopswerk II. In addition, the external formation water pressure can reach a head of 450 m, which could scarcely be resisted with an economic lining alone. This resulted in a basic design concept to integrate the surrounding rock mass into the structural system as far as possible, both with regard to rock pressure and formation water pressure. Such a concept has to include systematic and differentiated grouting of the rock mass, which is not always simple to achieve under high formation water pressure.
Das Kopswerk II der Vorarlberger Illwerke AG mit einer Leistung von 510 MW wurde in den Jahren 2004 bis 2008 parallel zum seit 1969 bestehenden Kopswerk I (247 MW) als Pumpspeicherwerk neu errichtet. Die Planung der Oberwasserführung war sowohl im Hinblick auf die Errichtung wie auch auf den Betrieb mit grenzwertigen Bedingungen konfrontiert. Das Baukonzept musste hinsichtlich der äußeren Bedingungen einen Durchlaufbetrieb im Winter und im Hochgebirge ermöglichen. Hinsichtlich der Bergwassersituation war eine Entlastung des Bergwasserdrucks während der Bauarbeiten anzustreben.
Im Betrieb unterliegen die Komponenten der Oberwasserführung einschließlich Druckstollen wegen des Pumpspeicher- Spitzenstrom-Einsatzes des Kopswerks II enormen Innendruckschwankungen innerhalb kürzester Zeitspannen. Zudem steht von außen ein Bergwasser-Druckpotenzial von bis zu 450 m Wassersäule an, das durch eine wirtschaftliche Auskleidung allein kaum zu beherrschen wäre. Somit musste ein planerisches Grundkonzept verfolgt werden, welches das umgebende Gebirge möglichst weitgehend in das Tragkonzept mit einbezieht und zwar sowohl hinsichtlich Gebirgslast wie auch hinsichtlich Bergwasserdruck. Ein solches Konzept schließt eine systematische und differenzierte Gebirgsbehandlung mittels Injektionen konsequent ein, was unter Bergwasserandrang nicht immer leicht umsetzbar ist.

The Beles Multipurpose Project, with a total installed capacity of 460 MW, is located in the Lake Tana region in the northwest of Ethiopia. The headrace system consists of the low pressure headrace tunnel and a 270 m deep vertical shaft with a power cavern at its lower end. A tailrace tunnel transports the turbine water to the Beles river where it is used again for agricultural purposes.
The entire tunnel length of the tailrace tunnel and most of the length of the headrace tunnel encountered various types of volcanic rock at an overburden between 50 and 370 m. This volcanic section of 17.5 km length was excavated by a hard rock double shield TBM and lined with an “open” segmental lining. Control of water loss and water ingress had to be achieved through the permeability characteristics of the surrounding rock, the hydrogeological conditions and by means of grouting where required.
The intake area is characterised by Quaternary lacustrine deposits over a length of about 1,600 m at an overburden up to a maximum of 120 m. For this lacustrine section, the DS-TBM was modified to run in a semi-EPB mode and the requirements to withstand pressurized backfilling were to be achieved by a gasket-sealed segmental lining.
Das Wasserkraftwerk Beles, mit einer Leistung von 460 MW, befindet sich im Nordwesten Äthiopiens in der Region des Tana Sees am Ursprung des Blauen Nils. Die oberwasserseitige Triebwasserführung umfasst den Druckstollen, einen 270 m tiefen vertikalen Druckschacht und ein Kavernenkrafthaus. Daran schließt der Unterwasserstollen an, der das Triebwasser zum Fluss Beles ausleitet, wo dieses zusätzlich für landwirtschaftliche Zwecke genutzt wird.
Mit dem gesamten Unterwasserstollen sowie mit dem Großteil des Druckstollens wurden auf einer Länge von etwa 17,5 km vulkanische Gesteine durchörtert, bei Überlagerungshöhen zwischen etwa 50 und 370 m. Die vulkanischen Gesteine wurden mit Hartgesteins-Tunnelbohrmaschinen aufgefahren und mit einer “offenen”, nicht gedichteten Fertigteilauskleidung ausgekleidet. Für die Begrenzung der Wasserzutritte und der Wasserverluste wurden soweit wie möglich die vorhandenen Gebirgseigenschaften betreffend Bergwasserdruck und Gebirgsdurchlässigkeit genutzt. Wo erforderlich wurden Gebirgsinjektionen eingesetzt, um die gewünschten Eigenschaften zu erzielen. Ein kurzer oberwasserseitiger Tunnelabschnitt im Anschluss an den Tana See durchörterte auf einer Länge von ca. 1.600 m lakustrine Sedimente bei Überlagerungshöhen bis zu 120 m. Für diesen Abschnitt wurde die Doppelschild-TBM auf einen Semi-Erddruckmodus umgerüstet, und es wurden gedichtete Fertigteile mit einer unter Druck eingebrachter Ringspaltverfüllung eingesetzt.

In infrastructure tunnelling projects with shielded TBMs, prefabricated segmental linings are used with various systems and requirements. The required degree of accuracy in segment production and ring assembly is a considerable factor in terms of equipment, time and costs. The required tolerances for segments and ring assembly depend significantly on the segment geometry, lining system and field of application. In order to provide a reasonable basis for allowable segment and installation tolerances, a new approach has been established as part of a research initiative of the ÖBB-Infrastruktur AG with respect to the risks and consequences arising from geometrical tolerances. The paper explains the concept of “tolerance classes” with the approach for their developments, derivation and classification. A practical application example is shown in addition. With respect to the nomenclature of tolerances, a harmonization process has been performed in collaboration with the German committees for underground structures, ZTV-ING and DAUB. The results of harmonizing and proposals of tolerance clarifications are presented within this paper.

Toleranzklassen, Harmonisierung der Toleranzbegriffe und Toleranzanforderungen Erfahrungsstand 2016
Bei maschinellen Schildvortrieben kommen Tübbingauskleidungen mit unterschiedlichen Systemen und Anforderungen zum Einsatz. Die erforderliche Genauigkeit in der Herstellung der Fertigteilsegmente sowie beim Ringbau gewinnt immer mehr an Bedeutung für eine wirtschaftliche Auslegung der Auskleidung, gekoppelt an die spezifischen Anforderungen des Projekts. Das erforderliche Maß an die Genauigkeit der Tübbinge und den Einbau im Tunnel hängt im Wesentlichen von der Tübbinggeometrie, vom Tübbingsystem und vom jeweiligen Anwendungsbereich ab. Im Arbeitskreis “TVM-Forschungsprojekt Toleranzen”, einer Forschungsinitiative der ÖBB-Infrastruktur AG, wurde ein neuer Ansatz für die Herleitung zulässiger Herstell- und Einbautoleranzen unter Einbeziehung einer Risikobetrachtung entwickelt. Im vorliegenden Beitrag wird die Herangehensweise für die Entwicklung, Herleitung und Klassifizierung von Toleranzgruppen, die unter dem Namen “Toleranzklassen” geführt werden, beschrieben. Ergänzend wird auch ein Beispiel für die Anwendung des vorgestellten Konzepts gezeigt. Im Zusammenhang mit den Toleranzklassen erfolgte eine Harmonisierung von Toleranzbegriffen in Zusammenarbeit mit deutschen Ausschüssen wie der ZTV-ING und des DAUB. Die wesentlichen Änderungen und Ergänzungen der Toleranzbegriffe sowie Erläuterungen werden im Anschluss an das erwähnte Konzept der Toleranzklassen vorgestellt.

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Nominated for the Bernt Johansson Outstanding Paper Awards at Nordic Steel 2019
The current design rules of EN 1994-1-1 covering headed stud shear connectors for composite beams with profiled sheeting lead, in some cases, to an overestimation of the load bearing capacity. Owing to their empirical nature, these equations are not able to capture the real behaviour of the connector. Therefore, the load bearing mechanisms of the shear connection are identified in this work with the support of experimental and numerical results. According to the static system proposed, the concrete rib is modelled as a system of diagonal struts in combination with the stud in bending. It was observed that at 1-4 mm slip, a “strut and beam” mechanism prevails, where the resistance of the connector depends on the activation of the plastic hinges in the stud and on the capacity of the diagonal strut in front of it. By increasing the slip (approx. 4-10 mm), the surrounding concrete gradually crushes, while the tensile stresses at the edge of the rib reach the tensile strength of the material. Because of this loss of rotational stiffness, the bending moment in the stud decreases and the upper plastic hinge gradually moves towards the slab. At higher displacements (approx. 20-40 mm), high tensile forces develop in the stud due to non-linear geometric effects and the load is carried through a “strut and tie” resistance mechanism, provided that the embedment of the stud is sufficient to prevent the rotation of the rib. As the slip increases further, failure occurs either in the form of concrete pull-out or stud rupture.

Um die Tragfähigkeit von schadhaften Spanngliedern in bestehenden Brücken besser beurteilen zu können, wurden Zugversuche an geschädigten Spanngliedern durchgeführt. Den größten Einfluß auf die Tragfähigkeit stellt hierbei das Verbundverhalten zwischen Spannstählen, Einpreßmörtel, Hüllrohr und umgebenden Beton dar. Deshalb wurden mehrere Versuchsserien an Spanngliedern mit eingebauten Brüchen an Spanndrähten und Spannlitzen durchgeführt. Die verwendeten Spannstähle stammen zum Teil aus abgebrochenen Brückentragwerken und bestanden zum anderen Teil aus werksneuen Stählen. Draht- oder Litzenbrüche wurden vor Versuchsbeginn mit bestimmten Bruchabständen variiert und eingebaut. Weiterhin wurden der Einfluß der Verpreßmörtelqualität sowie des umgebenden Betons und der Bewehrung untersucht. Die Ergebnisse zeigen, daß Spannglieder mit gebrochenen Drähten oder Litzen in der Lage sind, einen hohen Anteil der Bruchlast eines ungeschädigten Spannglieds aufzunehmen.

Die Beurteilung des Tragverhaltens von Spannbetonbrücken, die in den 1960er und 1970er Jahren in Deutschland und Österreich gebaut wurden und für deren Herstellung vergütete Spannstähle Verwendung fanden, ist seit vielen Jahren Gegenstand der Forschung mit starkem Praxisbezug. Im vorliegenden Beitrag werden nach einer theoretischen Erläuterung des Tragverhaltens die praxisrelevanten Fragestellungen wie das Vorgehen bei der Beurteilung sowie weiterführende Untersuchungen erörtert. Zudem werden aktuelle Entwicklungen in der Forschung zur Beurteilung von gefährdeten Spannbetonbrücken aufgezeigt und diskutiert.

Assessment of Load Bearing Behaviour of Post-Tensioned Concrete Bridges Equipped with Prestressing Steel Susceptible to Stress Corrosion Cracking Basics, Practical Application and Current Developments
Due to extending lifetime of infrastructure in general and posttensioned concrete bridges in particular the importance of durability aspects increases. Especially older prestressed bridges built in the 1960s and 1970s in Germany and Austria are subject of these investigations. Some of these post-tensioned concrete bridges consist of quenched and tempered prestressing wires with high susceptibility to stress corrosion cracking as we know nowadays. This article deals with recalculation, assessment and evaluating methods for post-tensioned concrete bridges including further analytic for endangered bridges. The procedure is shown by an example of an existing multi girder bridge and furthermore, future prospects are given.

In the course of the design work of an Austrian railway tunnel, an extensive efficiency raising campaign was carried out by ÖBBInfrastruktur AG, the construction arm of Austrian Railways, which resulted in innovations to the conventional system of constructing the invert slab of waterproof concrete to seal against service water. According to the requirements for rail tunnels, a waterproof invert slab has to be constructed to prevent water from getting into the drainage pipe and thus prevent contact with formation water. In the conventional construction, this necessitates an umbrella waterproofing in the vault and a reinforced invert slab according to the ÖVBB guidelines.
The slab is subject to constraints arising from the discharge of the heat of hydration, from temperature differences and from shrinkage processes. Therefore, a high ratio of reinforcement is normally required. This led to the consideration whether for economic reasons and under the special conditions of this project it would be possible to reduce or even leave out the high percentage of reinforcement steel completely. For this reason, a comprehensive testing program with laboratory tests, a full-scale test as well as analytical and numerical investigations carried out to verify the practical applicability of this innovative system.

Im Rahmen eines umfassenden Effizienzsteigerungsprogrammes seitens der ÖBB-Infratruktur AG wurde die Untersuchung eines neuartigen Sohlplattensystems für Eisenbahntunnel initiiert. Bei dem Sohlplattensystem handelt es sich um eine dichte Betonplatte, die ein Eindringen von Betriebswässern in die Drainageleitung des Tunnels verhindern soll. Im Regelfall erfordert dies eine Regenschirmabdichtung im Gewölbebereich und eine bewehrte Sohlplatte gemäß Richtlinie Innenschalenbeton der ÖVBB.
In dem Zusammenhang ist eine rissbreitenbeschränkende Bewehrung notwendig, die ein Auftreten von wasserführenden Rissen verhindert und einen hohen Bewehrungsgrad ergibt, da die Platte unter Zwangsspannungen aus unterschiedlichen Einflüssen steht. Aufbauend darauf wurde bei den speziellen Randbedingungen dieses Projektes überlegt, den hohen Anteil an Bewehrungsstahl zu reduzieren oder gänzlich wegzulassen. Durch die betontechnologisch günstigen Eigenschaften der Gesteinskörnungen, die bei dem Projekt zur Verwendung kommen, ergeben sich Vorteile, die eine neuartige Ausbildung der Sohlplatte ermöglichen. Aus diesem Grund wurden umfangreiche Untersuchungen mit Labortests, einem maßstäblichen Großversuch sowie analytischen und numerischen Berechnungen durchgeführt um die praktische Einsetzbarkeit der Innovation zu verifizieren.

Der Brückenbestand im Straßen- und Eisenbahnnetz beinhaltet eine Vielzahl an Bauwerken aus Stahlbeton- und Spannbeton, die ab Beginn der 1950er Jahre bis Ende der 1970er Jahre errichtet wurden. Diese Tragwerke werden in den nächsten Jahrzehnten zunehmender Belastung durch das ansteigende Verkehrsaufkommen ausgesetzt. In diesem Zusammenhang muss die Fragestellung nach einer ausreichenden Tragfähigkeit und Zuverlässigkeit für Brückenbauwerke beantwortet werden, die jedoch in vielen Fällen gemäß dem heutigen Normenstand nicht positiv bewertet werden kann. Ein besonderes Problem ergibt sich im Betonbau beim Nachweis der Schubtragfähigkeit, zumal früher andere Bemessungskonzepte als heute Grundlage für den Brückenentwurf waren.
In dem Zusammenhang wurden drei Versuche zur Ermittlung der Schubtragfähigkeit an Spannbetonbrückenträgern im Maßstab 1:1 durchgeführt, wobei die Träger bis zum Versagen belastet wurden. Die Versuche ergaben hohe Tragreserven gegenüber den rechnerischen Tragfähigkeiten gemäß Eurocode 2. Der vorliegende Beitrag beinhaltet eine Beschreibung der Versuche sowie einen Vergleich der Ergebnisse mit den Bemessungsansätzen gemäß Eurocode.

Full scale tests on prestressed concrete bridges concerning the shear load bearing capacity
The current bridge stock of road and railway bridges consists of many bridges, which were built between the 1950s and the end of 1970s. Many of these structures must carry the increasing life loads within the next years at a high level of reliability. Therefore, the question arises whether sufficient load-carrying-capacity (according to the state of the art) can still be ensured or not. Especially the structural analysis of the shear-load-capacity of concrete structures has been changed over the last 50 years. In many cases the verification of shear load bearing capacity according to Eurocode 2 cannot be done.
In the course of the destruction of an underground railway station the ÖBB Bridge Department and the Institute for Structural Engineering at the Vienna University of Technology were given the opportunity to carry out full scale tests concerning the shear load carrying capacity on three bridge girders. The load tests showed big deflections, significant crack widths and a ductile behavior of the T-beams with a high factor of global safety.
The paper includes a description of the bridge structure, the results of the tests, and a comparison of the experimental results with the shear carrying capacity according to Eurocode.

Ab dem Beginn der 1950er Jahre wurde auch in Österreich Spannbeton vermehrt für den Bau von Brückentragwerken eingesetzt. In den Verkehrsnetzen der Schiene und Straße befindet sich eine Vielzahl an Tragwerken, die in diesem Zeitraum errichtet wurden und im Vergleich zu den heutigen Normenwerken geringere Schubbewehrungsgrade aufweisen. Hierbei stellt sich nun die Frage, ob ausreichende Zuverlässigkeit hinsichtlich der Tragfähigkeit nach dem heutigen Stand der Technik vorausgesetzt werden kann. Zur Sicherstellung eines zielgerichteten Einsatzes der Finanzbudgets für Reinvestitionsmaßnahmen und zur Gewährleistung einer hohen Zuverlässigkeit ist es notwendig, Untersuchungen durchzuführen, die Erkenntnisse darüber geben, welches Tragverhalten bei älteren Brücken vorhanden ist und wie sich das Versagen ankündigt.
Im Zuge des Abbruchs einer Straßenbrücke erhielt das Institut für Tragkonstruktionen - Betonbau der TU Wien im Jahr 2005 den Auftrag, zerstörenden Versuche zum Schubtragverhalten durchzuführen. Der vorliegende Beitrag beinhaltet eine Beschreibung des Brückenobjektes, die Ergebnisse der Versuche, einen Vergleich mit den rechnerischen Schubtragfähigkeiten nach den heutigen Normenwerken und die Ergebnisse einer nichtlinearen Finite-Elemente-Berechnung der Versuche.

Ultimate Load Tests on Girders Concerning the Shear Load Behaviour of a Prestressed Road Bridge
At the beginning of the 1950s, the use of prestressed concrete for bridge structures rapidly increased. Many of these structures, which are still in use, have less shear reinforcement than required by current codes. Therefore, the question arises whether sufficient load-carrying-capacity (according to the state of the art) can still be ensured or not. In the course of the destruction of a bridge, which was built in the year 1952, the Institute for Structural Engineering at Vienna University of Technology got the possibility to carry out tests concerning the shear load carrying capacity of the continuous beam of a bridge construction. The beams were removed during the demolition work of the bridge. The article contains a description of the bridge structure, the results of the load tests, a comparison of the calculated shear load capacity with the measured loads and the results of a non-linear finite-element-simulation of the tests.

Im Rahmen des durch die ÖBB-Infrastruktur AG initiierten Forschungsprojekts MTE 2.0 wurden umfangreiche Untersuchungen zur tatsächlichen Temperaturbeanspruchung von Eisenbahnbrücken durchgeführt. Hierbei wurden Messungen an Brückentragwerken sowie Auswertungen von statistischen meteorologischen Klimadaten über einen Zeitraum von 50 Jahren, probabilistische Auswertungen und sowohl analytische als auch numerische Berechnungen durchgeführt. Auf Basis der Ergebnisse wurde das normative Bemessungsmodell für Temperatureinwirkungen gemäß Eurocode 1 an die Randbedingungen für Eisenbahnbrücken (Beton- und Verbundkonstruktionen) angepasst und ein Vorschlag für ein optimiertes Bemessungsmodell neu entwickelt, das im folgenden Beitrag vorgestellt wird. Vergleichsrechnungen an Eisenbahnbrücken haben gezeigt, dass die Längenänderungen von Massivbrücken im Grenzzustand der Tragfähigkeit gemäß dem optimierten Bemessungsmodell gegenüber den Ansätzen der ÖNORM EN 1991-1-5 bzw. der ÖNORM B 1991-1-5 um 25 % bis 45 % geringere Werte aufweisen können. Mithilfe dieses neu entwickelten Bemessungsmodells können somit die tatsächlich gemessenen Längenänderungen an bestehenden Brücken unter Berücksichtigung der Teilsicherheitsbeiwerte und der charakteristischen Eingangswerte wesentlich realistischer abgebildet werden. Der vorliegende Beitrag soll als Diskussionsgrundlage für die Arbeit in dem entsprechenden Normengremium verwendet werden.

Proposal for a change in the temperature load model for concrete and composite bridges - Results of the research project MTE 2.0 “Modified temperature load model for railway bridges”
As part of the research project MTE 2.0 initiated by ÖBB-Infrastruktur AG, extensive investigations into the actual temperature loads on railway bridges were carried out. As part of the project, measurements on bridge structures as well as evaluations of statistical meteorological climate data over a period of 50 years, probabilistic evaluations and both analytical and numerical calculations were carried out. Based on the results of the project, the design model for temperature loads according to Eurocode 1 was adapted for railway bridges (concrete or composite structures) and a proposal for an optimized temperature load model was newly developed, which is summarized in the following article. Comparative calculations for railway bridges have shown that the elongation of the bridges in the ultimate limit state according to the optimized load model are 25 % to 45 % lower than those based on ÖNORM EN 1991-1-5 or ÖNORM B 1991-1-5, respectively. Taking into account the partial safety factors and the characteristic values, the actual elongations of existing bridges can be described much more realistically using the newly developed load model.

Temperatureinwirkungen sind für die wirtschaftliche Dimensionierung von Lager- und Fahrbahnübergangskonstruktionen sehr relevant. Zusätzlich führen größere Bemessungseinwirkungen, die zufolge Temperatur entstehen, auch bei integralen Brücken zu einer Erhöhung der Zwangsbeanspruchung. Die Entwicklung möglichst realistischer Temperaturansätze ist daher von großer technischer und wirtschaftlicher Bedeutung. Im Rahmen des Projekts “Modifiziertes Temperaturlastmodell für Eisenbahnbrücken (MTE 2.0)”, das von den Österreichischen Bundesbahnen initiiert wurde, konnten an sechs Massivbrücken Langzeittemperatur- und Verformungsmessungen durchgeführt werden. Zusätzlich erfolgten numerische instationäre Simulationen und Vergleichsrechnungen zur Untersuchung der thermischen Beanspruchungen, des Temperaturgradienten sowie zeitabhängiger Effekte (Kriechen, Schwinden). Schließlich wurden Temperaturdaten der Österreichischen Zentralanstalt für Meteorologie und Geodynamik (ZAMG) probabilistisch analysiert, um die Korrelation zwischen maximaler Außenlufttemperatur und konstantem Temperaturanteil für Brücken zu optimieren. Anhand dieser Langzeitmessungen, Simulationen und Analysen konnte die Basis für ein optimiertes Temperaturlastmodell für Massivbrücken geschaffen werden, das vor allem bei Tragwerken mit geringer Schlankheit und massigen Querschnitten von großer Bedeutung ist und wirtschaftliche Vorteile im Entwurf bringt, ohne die Zuverlässigkeit der Konstruktion negativ zu beeinflussen.

Investigation of actual temperature loads on concrete bridges - Determination of thermal strains
Temperature loads are very relevant for the economic dimensioning of structural bearings and expansion joints. In addition, higher temperature loads lead to an increase in restraints when designing integral bridges. The development of a realistic temperature load model is therefore of great technical and economic importance. As part of the project “Modified Temperature Load Model for Railway Bridges (MTE 2.0)”, which was initiated by the Austrian Federal Railways, long-time temperature and deformation measurements were carried out on six concrete bridges. In addition, numerical transient simulations and comparative calculations were performed to investigate the thermal stresses, the temperature gradient and time-dependent effects (creep, shrinkage). Finally, temperature data from the last 50 years of the Austrian Central Institute for Meteorology and Geodynamics were analyzed using probabilistic methods in order to optimize the correlation between shade air temperature and bridge temperature. These long-term measurements, simulations and analyzes are the bases for an optimized temperature load model for concrete bridges, which is especially relevant for structures with low slenderness and massive cross-sections without compromising the reliability of the structure.

Im Rahmen des durch die ÖBB-Infrastruktur AG initiierten Forschungsprojekts im Zuge der Errichtung einer Straßenbrücke beim Neubau des Semmering-Basistunnels in Österreich wurden umfangreiche Langzeitmessungen des tatsächlichen Bauwerksverhaltens ab Herstellung einer Brücke im Jahr 2014 durchgeführt. Bei der vorliegenden Brücke handelt es sich um eine integrale vorgespannte Rahmenbrücke mit Betongelenken. Bei der Errichtung der Brücke wurden zur Langzeitmessung der Verformungen, Verdrehungen, Temperaturänderungen und Erddruckspannungen unterschiedliche Messsensoren sowohl innerhalb der Betonquerschnitte vor Betonage als auch an der Oberfläche der Betontragstruktur installiert. Die Messungen laufen nun seit der Errichtung der Brücke im Jahr 2014 bzw. der Absenkung des Lehrgerüsts über einen Zeitraum von acht Jahren permanent und stellen damit eine umfassende Grundlage zur Gegenüberstellung von Messung, numerischer Simulation und ingenieurpraktischen Ansätzen auf der Einwirkungs- und Widerstandseite dar. Im vorliegenden Beitrag wird die Konstruktion der Brücke einschließlich Herstellungsmethode und Installation der Messtechnik beschrieben. Über den Zeitraum von acht Jahren werden die Messergebnisse in ihrer Gesamtheit sowie auch in einzelnen ausgewählten Detailmessperioden dargestellt und den rechnerisch ermittelten Werten gegenübergestellt. Weiterhin erfolgt auch eine Gegenüberstellung der Ergebnisse der numerischen Simulationen der Betongelenke mit den in situ gemessenen Verformungen und analytisch errechneten Beanspruchungen. Die Ergebnisse über den Messzeitraum zeigen ein sehr träges Temperaturverhalten und sehr geringe Verdrehungen an den Betongelenken. Des Weiteren sind anhand der Messergebnisse zeitabhängige Verformungen des Betons deutlich erkennbar.

Long-Term Measurements of a Post-tensioned Integral Frame Bridge with Reinforced Concrete Hinges - Comparison of Measurement Results with numerical Simulations - an Observation after 8 Years of Monitoring
As part of the research project, initiated by ÖBB-Infrastruktur AG, the construction of a road bridge within the project Semmering Base Tunnel in Austria with extensive long-term measurements were carried out from the beginning of the construction works of the bridge in 2014 up to now. The bridge structure consists of an integral prestressed frame bridge with concrete hinges. During the construction of the bridge, monitoring sensors were installed both in the concrete structure before concreting and on the surface of the structure in order to measure deformations, strains, temperature changes and earth pressure stresses. The measurements have now been running for a period of 8 years since the construction of the bridge and the lowering of the formwork. In this context, extensive measurements within an other project were also made and investigations of temperature stresses on bridges as well as laboratory and large-scale tests on reinforced concrete hinges. The present article describes the construction of the bridge including the erection method and the installation of the monitoring and sensor technology. Over a period of 8 years, the measurement results are presented in the overview as well as in the detailed measurement periods and compared to the calculated approaches. Furthermore, the results of numerical simulations of the concrete hinges were compared with deformations measured in-situ. The results show a very slow temperature respone due to change of air temperature and small rotations of the concrete hinge. Furthermore, the long-time deformations of the concrete structure can be clearly identified in the results.

The paper describes the design, development and experimental checking of a modified type of structural joint with limited length between concrete segments cast in-situ. The design concept is based on the developed length of an anchorage hook stiffened by transverse reinforcement bars and is particularly suited for the case of in-situ construction of staged box girder bridges, with the intention of possibly using lighter scaffolding.
The studies concentrated on the strength, stiffness and serviceability of the proposed joint are presented. The research work comprises the bending behaviour of reinforced concrete slabs with loop joints with regard to the diameter of the loop bar, loop joint width and ultimate and fatigue load. The results are compared to the behaviour of reinforced concrete slabs without joints. A total of 16 slabs were tested with static and fatigue loading tests. The present paper evaluates the flexural behaviour in static loading tests. The results of fatigue tests have also shown excellent performance.
In the static tests, crack widths and cracking pattern were observed at service load levels, and the ultimate behaviour was evaluated by means of tests to failure.
From the test results, the service performance of the loop joints was confirmed to be similar to slabs without joints. The static loading tests confirm the good performance and effectiveness of this loop joint type under static loading. Details of the loop joint design criteria are also proposed.

Gewisse Materialeigenschaften von zementgebundenen Werkstoffen können nur schwer auf direktem Wege experimentell bestimmt werden. Es bedarf einer kombinierten Anwendung experimenteller sowie rechnerischer Methoden. Die gesuchten Materialeigenschaften ergeben sich dabei aus inversen Analysen von Experimenten. Zwei Beispiele für die Notwendigkeit solcher inversen Analysen in der Materialprüfung sind die Bestimmung von Entfestigungskurven sowie des feuchteabhängigen Diffusionskoeffizienten. Diese Materialeigenschaften finden insbesondere zur Charakterisierung der Dauerhaftigkeit von Baukonstruktionen Anwendung. Maßgebend für Genauigkeit und Effektivität inverser Analysen ist neben der Formulierung eines adäquaten physikalischen Modells für das durchgeführte Experiment die Wahl eines geeigneten Optimierungsalgorithmus. Evolutionäre Algorithmen haben sich für derartige Anwendungen als besonders geeignet erwiesen. Das Prinzip der inversen Analyse sowie zwei Anwendungsbeispiele werden dargestellt. Letztere betreffen die Bestimmung des Entfestigungsverhaltens von Beton auf der Grundlage von Keilspalt- und Biegeexperimenten beziehungsweise die Bestimmung des feuchteabhängigen Diffusionskoeffizienten auf der Grundlage von Trocknungsexperimenten.