Hochleistungsbetone eröffnen neue Möglichkeiten für Gestaltung und Konstruktion. Der Beitrag schildert an der TU Kaiserslautern verfolgte Ansätze zu einem möglichst werkstoffgerechten Umgang mit diesem Material am Beispiel filigraner Bauteile mit angepassten Bewehrungs- und Fügetechniken.
Ein Ansporn für die fortwährende Suche nach neuen ingenieurtechnischen Lösungen, die auch gestalterische Optionen eröffnen, sind die unzähligen Entwürfe, mit denen Werner Sobek dem intelligenten und multifunktionalen Einsatz verschiedenster Materialien in oft hybrider Kombination im Bauwesen weltweit den Weg bereitet hat.

High-performance concretes open up new possibilities for design and construction
This paper depicts the approaches pursued at the TU Kaiserslautern in order to facilitate an appropriate dealing with this material exemplified by filigree components with customized reinforcement and joining techniques.
An incentive for the continuous search for new technical solutions, that open up also creative options, are the countless designs with which Werner Sobek has paved worldwide the way for intelligent and multifunctional use of different materials in often hybrid combination in the construction industry.

No short description available.

No short description available.

No short description available.

No short description available.

Für die Festbetoneigenschaften von Faserbetonen sind die Fasermenge, Faserorientierung und Faserverteilung ausschlaggebend. Dies macht eine Überwachung dieser Parameter notwendig, sei es zur Qualitätssicherung auf der Baustelle oder im Bereich der Forschung zur Weiterentwicklung solcher Betone. Gegenüber bisher angewendeten Methoden zur Untersuchung dieser Einflussgrößen eröffnet die Computer-Tomographie die Möglichkeit, für Betone mit Fasern und Gelegen aller Art die Faserorientierung und Faserverteilung im gesamten Volumen eines Probekörpers zu betrachten und zu analysieren.

Direction Analysis of Fibres in Concrete on Basis of Computed Tomography
Decisive factors for the improvement of the hardened concrete characteristics of fibre reinforced concrete are the fibre-volumeratio, fibre-orientation and fibre-distribution. The application of fibre reinforced concrete mixtures requires an appropriate control of these characteristics in the context of quality control at the building site as well as in research work done to improve this kind of concretes. Compared to the methods used up to now, the computed tomography offers the possibility to examine and analyze fibre-orientation and fibre-distribution in the entire volume of a specimen.

In Hochbaudecken, die mit benachbarten Bauteilen (Hauskerne, Luftschächte, Wände) verbunden sind, werden durch behinderte Temperatur- und Schwindverformungen Zwangzugkräfte aktiviert. Dies führt zu einer verstärkten Rißbildung mit positiven Folgen wie dem Abbau der besagten Zwangkraft und von Momentenspitzen. Gleichzeitig jedoch können breite Trennrisse entstehen, welche die Dichtigkeit, die Querkrafttragfähigkeit und die abgefangenen Bauteile infolge von übermäßigen Durchbiegungen gefährden. Dazu wurde in der vorliegenden Studie das Tragverhalten einer typischen Decke unter Variation ihrer wichtigsten Ausbildungsmerkmale im Gebrauchszustand untersucht. Die festgestellte Sensitivität der Verhaltensmerkmale gegenüber der Dimensionierung hat es erlaubt, entsprechende Gesetzmäßigkeiten zu formulieren. Die Ergebnisse stellen einen ersten Schritt zur Erarbeitung von konkreten Empfehlungen zur Aktivierung und Auswirkung der Zwangzugkräfte im Hochbau dar.

Spannbeton-Fertigdecken, die in Deutschland unter der Bezeichnung “Spannbeton-Hohlplatten” durch allgemeine bauaufsichtliche Zulassungen geregelt sind, werden in rund 100 m langen Produktionsbahnen mit Spannstahl ohne weitere Betonstahlbewehrung hergestellt. Bei der Begrenzung der Plattenbreite auf 1,20 m kann die Querbewehrung entfallen. Während die Querverteilung geregelt ist, stellt sich bei der Auflagerung auf biegeweichen Trägern und Unterzügen die Frage nach der Querkrafttragfähigkeit in Zusammenhang mit einer möglichen Rissbildung durch die aufgezwungen Verformungen. Um die genauen Versagensmechanismen und den Einfluss auf Tragfähigkeit zu untersuchen, wurde an der TU Kaiserslautern, Fachgebiet Massivbau und Baukonstruktion, ein Großversuch durchgeführt.

No short description available.

No short description available.

No short description available.

No short description available.

Longitudinal displacement profiles describe the displacement history during tunnel excavation, including that occurring ahead of the tunnel face. These deformations have an influence on the structural design of tunnel support. Theoretical approaches are used to estimate these deformations. However, as the approaches are based on assumptions, they should be applied with caution, particularly in case of deep tunnels. Therefore, experimentally determined longitudinal displacement profiles provide a valuable data basis for validation of the approaches. This study compares 40 m long horizontal chain inclinometer measurements in two lithologies in the exploration tunnel of the Brenner Base Tunnel with theoretically calculated profiles. The chain inclinometers were installed above the tunnel before the start of tunnelling. A measured radial displacement profile was created for each round, the statistical mean value curve was calculated and finally compared with the theoretical approaches. The measurement results show good qualitative agreement ahead of the tunnel face.
Das Längsprofil der Radialverschiebungen beschreibt die gesamte Verschiebungshistorie während eines Tunnelvortriebs, einschließlich jener vor der Ortsbrust. Diese Verformungen haben großen Einfluss auf die Gestaltung des Tunnelausbaus. Zur Abschätzung werden in der Regel Berechnungsansätze verwendet. Da diese Ansätze jedoch auf Annahmen beruhen, müssen sie, insbesondere bei tiefen Tunneln, mit Vorsicht angewandt werden. Experimentell ermittelte Radialverschiebungsprofile in Längsrichtung liefern eine wertvolle Datengrundlage für eine Validierung der theoretischen Ansätze. Dieser Beitrag vergleicht die in zwei Lithologien im Erkundungstunnel des Brenner Basistunnels experimentell mit 40 m langen horizontalen Ketteninklinometern ermittelten Radialverschiebungsprofile mit theoretisch berechneten Profilen. Die Inklinometer wurden vor Beginn des Vortriebs oberhalb der Tunnelfirste installiert. Für jeden Abschlag konnte ein Radialverschiebungsprofil erstellt werden, aus diesen Kurven eine statistische Mittelwertkurve gebildet werden und die Mittelwertkurve mit theoretischen Ansätzen verglichen werden. Die Messergebnisse zeigen eine qualitativ gute Übereinstimmung im Bereich vor der Ortsbrust.

Calculation approaches, shear strength approaches, material parameters and external influences have a significant impact on the results of slope stability analyses. This influence can be quantified as influence on the safety factor in sensitivity analyses. As expected, a lower shear strength of the soil or a higher groundwater flow through a slope lead to lower factors of safety. In the two case studies considered here, it is evident that the parameter with the highest sensitivity of the safety factor is not unique. This most influencing parameter depends on the boundary conditions and the geometry of the landslide. In addition to the safety factor, the above parameters also strongly influence the geometry of the failure mechanism. Here, for example, different permeability coefficients for stratified soil and the consideration of a nonlinear shear strength criterium show significant changes in the failure geometry. Therefore, the modelled failure geometry has to be considered in addition to an certain safety factor for the validation of a landslide modelling.
Berechnungsansätze, Scherfestigkeitsansätze, Materialparameter und äußere Einwirkungen haben einen deutlichen Einfluss auf die Ergebnisse von Standsicherheitsuntersuchungen. Dies kann als Einfluss auf den Sicherheitsfaktor in Sensitivitätsanalysen quantifiziert werden. Erwartungsgemäß führen eine geringere Scherfestigkeit des Bodens oder eine stärkere Durchströmung eines Hangs zu geringeren Sicherheitsfaktoren, aber auch die anderen oben genannten Einflüsse spielen eine Rolle. Bei beiden hier betrachten Fallbeispielen zeigt sich, dass die Sensitivität des Sicherheitsfaktors auf einen Parameter nicht immer für denselben Parameter am höchsten ist. Dieser damit maßgebendste Parameter hängt von den Randbedingungen und der Geometrie der Rutschung ab. Neben dem Sicherheitsfaktor beeinflussen die oben genannten Parameter auch stark die Geometrie des Versagensmechanismus. So zeigen hier vor allem unterschiedliche Durchlässigkeitsbeiwerte bei geschichtetem Boden und die Berücksichtigung einer nichtlinearen Scherfestigkeit deutliche Änderungen in der Versagensgeometrie. Für eine Validierung einer Modellierung einer Hangrutschung ist daher neben einem entsprechenden Sicherheitsfaktor auch die modellierte Bruchkörpergeometrie heranzuziehen.

To quantify the interaction between structures and creeping slopes, 3D calculations under consideration of a time-dependent material behaviour are necessary. In this paper 3D finite element calculations are performed on a hypothetical creeping slope. The time-dependent material parameters are determined by back calculation on a slope without any structures. Subsequently, the influence of a retaining wall and of a tunnel structure built in the creeping slope are investigated. The results of the modelling show that the structures locally decrease the creeping velocity of the slope. The influence of the tunnel structure is more pronounced due to its spatial extension. At the same time the stresses on the structures increase over time. Linear time-dependent material models do not consider the hydrostatic pressure in their formulation. Non-linear time-dependent material models, which are based on soil mechanical principles and which take the hydrostatic pressure into account, are therefore better suited to represent the time-dependent soil-structure interaction.
Um die Interaktion zwischen Kriechhang und Bauwerke zu quantifizieren, sind 3D-Berechnungen und die Berücksichtigung eines zeitabhängigen Materiaverhaltens notwendig. In diesem Beitrag werden 3D Finite Elemente Berechnungen an einem hypothetischen Kriechhang durchgeführt. Die zeitabhängigen Materialparameter werden durch Rückrechnung an dem noch nicht verbauten Hang bestimmt. Es werden im Modell anschließend der Einfluss einer Verbauwand und einer Tunnelstruktur im Kriechhang untersucht. Die Ergebnisse der Modellierung zeigen, dass die Bauwerke die Kriechgeschwindigkeit des Hangs lokal verlangsamen. Der Einfluss des Tunnelbauwerks ist dabei durch seine räumliche Ausdehnung ausgeprägter. Gleichzeitig nehmen die Spannungen auf das Bauwerk mit der Zeit zu. Lineare zeitabhängige Materialmodelle berücksichtigen in ihrer Formulierung den hydrostatischen Druckanteil nicht. Nichtlineare zeitabhängige Materialmodelle, die auf bodenmechanischen Grundlagen beruhen und den hydrostatischen Druckanteil berücksichtigen, sind daher besser geeignet um eine zeitabhängige Boden-Bauwerk-Interaktion abzubilden.

Im Beitrag wird gezeigt, dass eigenformaffine Imperfektionen beim Basisbeulfall Umfangsdruck ungeeignet für den numerischen Beulsicherheitsnachweis gemäß Eurocode sind. Dagegen stellen nach dem Konzept quasi-kollapsaffiner Imperfektionen gewonnene natürliche Längsvorbeulen eine geeignete Ausgangsbasis für die Entwicklung konsistenter geometrischer Ersatzimperfektionen dar. Für diese Imperfektionsform werden Amplituden angegeben, die zu den experimentell gesicherten Tragfähigkeiten nach dem klassischen Beulsicherheitsnachweis führen.

Numerical buckling strength verification of cylindrical steel shells subjected to circumferential compression - A new approach.
In the paper it is shown that eigenmode-affine imperfection patterns are problematic for a numerical buckling analysis according to Eurocode for cylindrical steel shells subjected to circumferential compression. In contrast, natural longitudinal imperfections derived from the concept of quasi-collapse-affine imperfections are suited to accomplish a consistent transition from the classical to the new numerical buckling strength verification technique through the determination of consistent imperfection amplitudes.

Zum Tragverhalten schlanker stählerner Kreiszylinderschalen unter Biegebeanspruchung bestehen noch erhebliche Kenntnislücken. Während die experimentelle Basis für durch Einzelquerlasten beanspruchte Schalen in jüngerer Zeit erheblich verbessert werden konnte, fehlen weiterhin Versuchsergebnisse über das Kollapsverhalten unter quasistatischer Windbelastung. Im Beitrag wird auf der Grundlage von FE-Analysen untersucht, inwieweit die an der Schale unter einer einzelnen Querlast gewonnenen Kenntnisse auf windbeanspruchte Schalen übertragen werden können. Es wird gezeigt, daß dies nur mit Einschränkungen möglich ist, da sich die Anstrengungszustände aus beiden Lastfällen erheblich unterscheiden und deshalb die Versagensformen in ausgedehnten Geometriebereichen differieren.

Die Arbeit stellt Ergebnisse physikalischer nichtlinearer Tragfähigkeitsanalysen windbeanspruchter Kreiszylinderschalen im Übergangsbereich zwischen Stab und Schale vor. Die Versagensmuster unterscheiden sich hier grundsätzlich von denjenigen gedrungener windbelasteter Schalen. Das Systemversagen vollzieht sich durch plastisches Durchschlagen. Zusätzliche Ringsteifen können mit Ausnahme derjenigen am Schalenkopf zu einer Abnahme der Versagenslast führen. Für die Bemessungsschnittgrößen wird ein Anpassungsfaktor k vorgeschlagen, mit dem sie nach der Stabtheorie berechneten Schnittgrößen auf der sicheren Seite so modifiziert werden können, daß mit ihnen sowohl der Spannungsnachweis Elastisch-Elastisch nach DIN 18800-1 als auch der Beulsicherheitsnachweis nach DIN 18800-4 elemtentar geführt werden kann.

Bei sehr schlanken dünnwandigen windbelasteten Kreiszylinderschalen kann eine Versagensform auftreten, die bisher noch nicht untersucht wurde: heckseitiges Einknicken zwischen 0,14 h und 0,61 h. Es handelt sich dabei um eine Schaleninstabilität unter Verlust der Querschnittsform, die durch den spezifischen Anstrengungszustand infolge des über den Umfang ungleichmäßig angreifenden Windes möglich wird. Die Arbeit gibt den Geometriebereich für diese Versagensfigur an und erläutert die Voraussetzungen für deren Ausbildung. Verformungsplots zeigen die Variationsbreite des überraschenden Kollapsmusters und verdeutlichen die grundsätzlichen Aussagen.

Obwohl schlanke windbelastete Schalen stabförmig sind, verhalten sie sich nicht stabartig. Der Windsog an den Flanken bewirkt eine Ovalisierung des Querschnitts, die mit Abweichungen der Schnittgrößen von der Stabtheorie verbunden ist. Für den Einfluß der Beanspruchung in Umfangsrichtung auf den Tragsicherheitsnachweis unterstellt DIN 4133 eine vorherrschende Abhängigkeit von der Dünnwandigkeit. Im Beitrag wird ausgeführt, daß dies nicht zutreffend ist, sondern daß sich der Anstrengungszustand als Funktion der bezogenen Abklinglänge der Semimembranlösung und damit in Abhängigkeit von den beiden Ähnlichkeitsparametern Schlankheit und Dünnwandigkeit angeben läßt. Auf der Basis von FE-Analysen werden Änderungsvorschläge zu den gegenwärtigen Regelungen unterbreitet, durch die die o. g. Inkonsistenzen vermieden werden und sich zudem die Handhabbarkeit für den entwerfenden Ingenieur verbessert.

Die Arbeit stellt zunächst Tragfähigkeitsanalysen schlanker windbeanspruchter Kreiszylinderschalen mit abgestufter Wanddicke vor. Den erheblichen Differenzen zu den Schnittgrößen der Stabtheorie einerseits und zu den Beanspruchungen der einschüssigen Schale mit einheit-licher Wanddicke andererseits wird besondere Aufmerksamkeit gewidmet. Daraus werden Konsequenzen für die Bemessung gezogen. Da die verschiedenen durch den Eurocode angebotenen Nachweismöglichkeiten der Tragsicherheit mit erheblichen Problemen in der Anwendung behaftet sind, werden für die zweischüssige Schale approximierte Schnittgrößen angegeben, mit denen der spannungsbasierte Beulsicherheitsnachweis auf der sicheren Seite geführt werden kann.

Um die Abweichungen des Anstrengungszustandes von dem gem. Stabtheorie berechneten zu begrenzen, werden windbelastete schlanke Kreiszylinderschalen mit Ringsteifen versehen. Die deutsche Fachnorm fordert mindestens eine ausreichend dimensionierte Kopfversteifung. Es fehlen gegenwärtig gesicherte technische Regeln, für welche Belastung diese Ringsteifen zu bemessen sind und welche Mindeststeifigkeiten gewährleistet sein müssen. Im Beitrag wird gezeigt, daß das Tragverhalten der Ringversteifungen als Funktion der langwelligen Lösung der Semimembrantheorie beschrieben werden kann. Davon ausgehend werden Regelungsvorschläge für die anzusetzende Einflußlänge und die einzuhaltenden Mindeststeifigkeiten entwickelt.

Für viele beulgefährdete Schalenkonstruktionen liegen keine ausreichenden experimentellen Daten vor, um deren Tragfähigkeit abschätzen zu können. Der Eurocode EN 1993-1-6 bietet deshalb die Möglichkeit numerisch gestützter Beulsicherheitsnachweise. Als maßgebend für die Tragfähigkeit wird dabei die erste Instabilitätslast angesehen. Das Problem lokaler Instabilitäten und sogenannter überkritischer Tragreserven ist nur am Rand erwähnt, aber nicht anwendungsbereit geregelt. Im Beitrag werden die aus dieser Verengung des Versagensbegriffes resultierenden Probleme diskutiert und Vorschläge zu ihrer Überwindung unterbreitet.

Die Wirkung der unvermeidlichen Abweichungen von den Sollwerten des Widerstands muß wegen der großen Imperfektionssensitivität stählerner Schalentragwerke in die Beurteilung der Tragfähigkeit einbezogen werden. Wegen des Unikatcharakters der Bauwerke fehlen repräsentative statistische Daten über die sich im Fertigungs-, Transport- und Montageprozeß ausbildenden Imperfektionen. Viele Imperfektionsannahmen der Regelwerke beruhen deshalb auf ingenieurmäßigen Überlegungen. Der neue Eurocode für stählerne Schalentragwerke gestattet die Beurteilung der Beulsicherheit auf der Grundlage numerischer Berechnungen unter expliziter Berücksichtigung der Wirkung von Imperfektionen. Die Qualität dieses numerisch gestützten Nachweises hängt entscheidend davon ab, ob die in das Rechenmodell eingeführten Ersatzimperfektionen die Wirkung der zufälligen Imperfektionen realer Schalentragwerke mechanisch äquivalent beschreiben. Im Beitrag wird ein Überblick über die Imperfektionsannahmen innerhalb der Philosophie des Eurocode gegeben. Noch bestehende Defizite werden am Beispiel der Kreiszylinderschale diskutiert. Hinweise für die Anwendung werden gegeben.

Eine geometrisch und materiell nichtlineare Analyse des imperfekten Schalentragwerkes (GMNIA) ist die anspruchsvollste und perspektivisch wirklichkeitsnächste Methode des numerisch gestützten Beulsicherheitsnachweises stählerner Schalentragwerke. Von grundlegender Bedeutung sind bei diesem Nachweis die geometrischen Ersatzimperfektionen, die die Wirkung der verschiedenen Abweichungen von den Sollparametern auf der Widerstandsseite abdecken sollen. Die damit im Zusammenhang stehenden grundsätzlichen Probleme werden im Beitrag diskutiert. Der Eurocode gibt Hinweise für geometrische Ersatzimperfektionen und macht Angaben über anzusetzende Vorbeultiefen. Es wird dargestellt, daß mit den gegenwärtigen Regelungen noch nicht alle tragfähigkeitsrelevanten Imperfektionsparameter erfaßt sind und in manchen Geometriebereichen Inkonsistenzen zwischen den numerisch und experimentell ermittelten Beulwiderständen bestehen. Für den Basisbeulfall der axial gedrückten Schale werden Vorschläge unterbreitet, um konsistente geometrische Ersatzimperfektionen zu erhalten.