Es ist bekannt, dass das Fertigungsverfahren von Zugstäben mit Endgewinden einen großen Einfluss auf die Ermüdungsfestigkeit hat. Der Einfluss des Feuerverzinkens auf die Ermüdungsfestigkeit ist jedoch weniger bekannt. Es werden die Ergebnisse von Ermüdungsversuchen an geschnittenen, gerollten, gerollt feuerverzinkten und feuerverzinkt gerollten Zugstangen mit Endgewinden präsentiert und diskutiert.

Fatigue of tension rods with hot dipped galvanized threads.
It is known that the manufacturing process of tension rods with threads has a great influence on the fatigue strength. The impact of hot-dip galvanized tension rods on the fatigue strength is less well known. The results of fatigue tests of cut, rolled, rolled hot dipped galvanized and hot dipped galvanized rolled threads will be presented and discussed.

Im Vorhaben “Zyklische Bemessung von Zugstäben mit Endgewinden” sind umfangreiche Untersuchungen an Zugstäben verschiedener Herstellungsarten (geschnitten, gerollt, mit und ohne Feuerverzinkung) durchgeführt worden. Dabei wurden die Durchmesser M16, M48, M68 und M100 untersucht. Die Ergebnisse der 214 Ermüdungsversuche zeigen erhöhte Ermüdungsfestigkeiten für gerollte Zugstäbe. Für geschnittene Gewinde wird der Kerbfall 50 bestätigt. Der Einfluss von Produktions- und Montagetoleranzen wurde mit dem Kerbdehnungskonzept untersucht. Auf Basis der Untersuchungen wird ein Vorschlag der Einordnung des Kerbdetails “Zugstäbe mit Endgewinden” aus Baustahl unter Berücksichtigung des Herstellungsverfahrens und einer Feuerverzinkung formuliert.

Fatigue strength of tension rods with threads
In the project “Zyklische Bemessung von Zugstäben mit Endgewinden”, extensive fatigue tests have been carried out on tension rods of different manufacturing types (cut, rolled, with and without hot-dip galvanizing). The diameters M16, M48, M68 and M100 were investigated. The results of the 214 fatigue tests show increased fatigue strengths for tension rods with rolled threads. Fatigue detail category 50 is confirmed for cut threads. The effect of production and assembly tolerances were investigated using the strain notch concept. A proposal for the classification of the fatigue detail “tension rods with threads” made of structural steel is provided as an outcome of the research project. Fatigue detail categories dependent on the manufacturing process type of thread and on whether hot-dip galvanization is performed or not are proposed.

Während das Durchstanzen zentrisch belasteter Einzelfundamente bereits häufig untersucht wurde, liegen zu den in der Praxis vorwiegend auftretenden Fundamenten mit exzentrischen Belastungen nur wenige Untersuchungen vor. Um diese Wissenslücke zu schließen, wurden vierzehn exzentrisch belastete und vier zentrisch belastete Durchstanzversuche unter Einsatz eines neu entwickelten Hydrauliksystems durchgeführt. Die einaxialen und zweiaxialen Lastausmitten wurden systematisch abgestuft, um die Auswirkungen der Lastexzentrizität in Verbindung mit weiteren Einflüssen wie unterschiedlicher Schubschlankheit, Stützengeometrie und -größe zu analysieren. Die experimentellen Untersuchungen an Stahlbetonfundamenten im Realmaßstab belegen den signifikanten Einfluss der Lastexzentrizitäten sowohl auf die Durchstanztragfähigkeit als auch auf das Tragverhalten. Infolge der exzentrischen Belastungen nehmen die Verformungen und die Änderung der Plattendicke deutlich zu und führen sowohl zu einer Verschiebung der Rissbildung in die höherbelastete Fundamenthälfte als auch zu einer unvollständigen Ausbildung des Durchstanzkegels. Der abschließende Vergleich der Versuchsergebnisse mit den Normansätzen nach EC2+NA(D) und aktuellem Entwurf des EC2 der nächsten Generation bestätigt einen höheren Einfluss der Lastexzentrizität bei größerer Schlankheit und lässt erkennen, dass die Bewertung des &bgr;-Faktors nicht unabhängig vom Ausgangspunkt des Grundwerts für das zentrische Durchstanzen erfolgen kann.

Influence of eccentric loading on the structural behavior of column bases
The punching shear behavior of centrically loaded column bases and flat slabs has already been extensively investigated. However, the load eccentricities with column bases usually occurring in practice have so far only been analyzed in a rudimentary way. To close this gap, fourteen eccentrically loaded and four centrically loaded punching tests were performed using a new automated hydraulic system. The uniaxial and biaxial load eccentricities were systematically varied to analyze the effect of load eccentricity related to other influences such as different shear slenderness, column geometry and size. The experimental investigations on real-scale reinforced concrete footings reveal a significant influence of load eccentricities on the punching shear strength as well as on the structural behavior. Significantly larger deformations and thickness measurements are observed as consequence of the non-uniform loading conditions leading both to a more pronounced crack formation in the side with higher soil stresses as well as to an incomplete formation of the punching cone. The comparison of the test results with the approaches according to EC2+NA(D) and the current draft of the next generation of Eurocode 2 confirms an increased influence of the load eccentricity for larger slenderness and reveals that the evaluation of the &bgr;-factor cannot be performed without considering the reference value.

Flachdecken sind eine heute oft ausgeführte Konstruktionsform im Hoch- und Industriebau, die zu Beginn des 20. Jahrhunderts erstmals angewendet wurde. Flachdecken ermöglichen vor allem flexibel und nachhaltig nutzbare Gebäudestrukturen, die maßgeblich zur Verlängerung der Gesamtnutzungsdauer beitragen. Das durch die punktförmige Lagerung verursachte Durchstanzversagen stellt in der Bemessung oftmals den entscheidenden Nachweis dar. Seit mehr als 100 Jahren ist daher eine Vielzahl experimenteller und numerischer Untersuchungen zum Durchstanzen durchgeführt worden. Hierbei lag der Fokus gleichermaßen auf dem Durchstanzen bei Flachdecken und Fundamenten, die im Vergleich durch ihre gedrungene Ausführung ohne günstig wirkende Plattenmembranwirkungen ein verändertes Tragverhalten aufweisen. In diesem Beitrag werden die wesentlichen Meilensteine in der historischen Entwicklung punktförmig gelagerter Platten aufgezeigt und anschließend aktuelle Untersuchungen am Institut für Massivbau in Aachen vorgestellt. Dabei geht der Beitrag auch auf die Frage ein, ob trotz der langen Forschungshistorie immer noch wissenschaftlicher Forschungsbedarf besteht.

100 years of punching shear - Still research necessary?
Flat slabs are an often-used construction method in today's building and industrial constructions, which was first applied at the beginning of the 20th century. In particular, flat slabs enable flexible and sustainably usable building structures contributing significantly to the extension of the service life. In design, the punching shear failure occurring due to the point support often represents the decisive verification. Therefore, many experimental and numerical investigations have already been carried out for more than 100 years. Here, the focus has been equally on punching shear in flat slabs and column bases, which show a changed load-bearing behavior due to their compact construction without favorably acting membrane effects. In this article, the milestones in historical development of point-supported slabs are outlined and current investigations at the Institute of Structural Concrete in Aachen are presented. Hereby, the article also addresses the question of whether there is still a need for scientific research despite the long history of research.

Der Durchstanznachweis stellt bei der Bemessung von Flachdecken infolge der konzentrierten, punktförmigen Lasteinleitung oftmals den konstruktiv bestimmenden Nachweis dar. Bei unregelmäßigen Deckensystemen oder Belastungen treten zudem ungleichmäßige Schubspannungsverteilungen im Durchstanzbereich auf. In der Tragwerksplanung stellt sich hierbei oft die Frage, wie die ungleichmäßige Schubspannungsverteilung beim Durchstanzen am zweckmäßigsten und mit vertretbarem Aufwand berücksichtigt werden kann. Die direkte Bestimmung der Schubspannungsverteilung in Rundschnitten mittels FE-Verfahren wird im aktuellen Eurocode 2 nicht explizit ausgeschlossen, aber auch nicht genauer beschrieben. Hier gibt es entsprechenden Freiraum bei der Bemessung für den Tragwerksplaner, aber auch Unklarheiten bei der Interpretation der Ergebnisse. In diesem Beitrag werden FE-Lösungen zur Bestimmung des Lasterhöhungsfaktors &bgr; oder zur direkten Berücksichtigung der ungleichmäßigen Schubspannungsverteilung vorgestellt und anhand eines Anwendungsbeispiels analysiert. Abschließend werden Empfehlungen und Modellierungshinweise zur pragmatischen und möglichst realistischen Bestimmung des Lasterhöhungsfaktors &bgr; zur Berücksichtigung von Knotenbiegemomenten gegeben.

Punching shear in irregular flat slab systems - Recommendations for modeling and design
The punching shear verification is often the decisive verification in design due to the concentrated load introduction. Moreover, uneven shear stress distributions often occur in the punching shear area as result of irregular flat slab systems or eccentric loads. In structural design it is often questionable, how a non-uniform shear stress distribution can be considered with acceptable effort. The direct determination of the shear stress distribution along the control perimeters using FE methods is not explicitly excluded in the current Eurocode 2 but is also not described in more detail. This gives considerable freedom in design for the structural engineer, but also ambiguities for interpreting the results. In this paper, FE approaches for determining the factor &bgr; or for directly considering the non-uniform shear stress distribution are presented and analyzed based on an application example. Finally, recommendations and modelling advice are given for the pragmatic and, as far as possible, realistic determination of factor &bgr; for consideration of unbalanced moments.

Der rasante Aufschwung in der Logistikindustrie verbunden mit der Entwicklung automatisierter Fördersysteme führt zu immer größeren Hochregallagern mit Bauhöhen bis zu 50 m. Damit stößt die derzeitige Konstruktionspraxis von Hochregallagern in Silobauweise an ihre statisch-konstruktiven Grenzen. Zudem kann aufgrund der komplexen Profilausbildung der dünnwandigen, kaltgeformten Regalprofile die Tragfähigkeit nicht in allen Fällen nach DIN EN 1993-1-3 [1] ermittelt werden.
In dem hier vorgestellten Forschungsprojekt wurde untersucht, ob der Einsatz höherfester Stähle zu einer Optimierung des Tragsystems führen kann. Des Weiteren wurde analysiert, ob die Bemessungsregeln der DIN EN 1993-1-3 [1] auf die Regalprofile übertragen werden können.

The use of high-strength steel in high-bay racking systems.
The booming logistics industry and the development of high sophisticated automatic storage and retrieval systems lead to larger high-bay racking systems with heights up to 50 m. This pushes the current design practice of high-bay racking systems in silo construction to its static and constructive limits. Unfortunately, DIN EN 1993-1-3 [1] does not give design provisions for the special thin-walled, cold-formed rack profiles.
The research project focuses on two aspects: Using high-strength steel to optimize the rack systems as well as further developing design rules of DIN EN 1993-1-3 [1] to predict the load-bearing capacity of rack profiles.

Für die Queraussteifung von Hochregallagern ist die Schub steifigkeit der zumeist aus dünnwandigen, kaltgeformten Querschnitten gefertigten Ständerrahmen von essenzieller Bedeutung. Im Vergleich zu einem idealen Fachwerk liegt die Schubsteifigkeit der Ständerrahmen nur bei etwa 5-15 %. Geschlossene theoretische Ansätze zur realitätsnahen Bestimmung der Schubsteifigkeit existieren derzeit nicht, sodass es im Regalbau gängige Praxis ist, die Schubsteifigkeit experimentell in sogenannten Rahmenschubversuchen zu bestimmen. Dieses Vorgehen ist zeit- und kostenintensiv und verhindert eine gezielte Weiterentwicklung der Bauweise der Ständerrahmen, die aufgrund der stetig gestiegenen Bauhöhe von Hochregallagern zunehmend an ihre statisch-konstruktiven Grenzen stoßen. Aus diesem Anlass ist das Forschungsvorhaben FOSTA P1078 “Schubsteifigkeit von Ständerrahmen im Hoch regallagerbau” initiiert worden. Mithilfe von umfassenden experimentellen und numerischen Untersuchungen ist das Trag- und Verformungsverhalten der Ständerrahmen analysiert und ein Bemessungsmodell in Anlehnung an die Komponentenmethode entwickelt worden, das es erlaubt, die Schubsteifigkeit realitätsnah analytisch zu bestimmen.

Shear stiffness of upright frames in high-bay rack structures
For the bracing in cross aisle direction of high-bay rack structures the shear stiffness of the upright frames is of vital importance. Compared to an ideal framework, the shear stiffness of the upright frames is only about 5-15 %. Until now, the fundamentals for the analytical calculation of the shear stiffness are not given. Therefore, it is common practice to determine the shear stiffness of upright frames experimentally. This approach is very costly and impedes the further optimisation of the highly stressed rack structures. For this reason, the research project FOSTA P1078 “Shear stiffness of upright frames in high-bay rack structures” has been initiated. By means of extensive experimental and numerical investigations, the load-bearing and deformation behaviour of the upright frames has been analysed. Based on the findings an analytical design model based on the component method has been developed, which allows to determine the shear stiffness in a realistic manner.

Die statischen Vorteile von Stahlhohlplatten sind bereits seit über 40 Jahren bekannt und wurden in einer Vielzahl von Arbeiten beschrieben und analysiert. Die wirtschaftliche Herstellung der Platten wurde seit 1990 durch Fortschritte in der Laserschweißtechnik ermöglicht. Mittels Laserstichnaht können die außenliegenden Deckbleche durch diese hindurch mit den innenliegenden Stegen oder Profilen verschweißt werden. Lange beschränkte sich die Dicke der Deckbleche, die bei diesem Verfahren in ausreichender Qualität durchdrungen werden können, auf etwa 4 mm, so dass Hohlplatten nur in Sekundärtragwerken im Schiffbau oder ähnlichen ausschließlich gering belasteten Tragwerken eingesetzt wurden. Um einen Einsatz in stärker belasteten, ermüdungsgefährdeten Tragwerken möglich zu machen, wurden im Rahmen des Forschungsprojektes FOSTA P869 “Laserstrahlgeschweißte T-Stoßverbindungen” (IGF 16935 BG) [4] Schweißparameter erarbeitet, mit denen Deckbleche mit Dicken von bis zu 10 mm prozesssicher angeschlossen werden können. Über ein umfangreiches Versuchsprogramm wurden für diese Verbindungen Bemessungskonzepte für statische sowie dynamische Biege-, Schub- und Normalkraftbeanspruchungen entwickelt. Ein Auszug der Ergebnisse wurde bereits im vergangenen Jahr in [2] veröffentlicht. Im folgenden Artikel werden im Speziellen die Widerstände der Stichnaht gegenüber brückenbautypischen Beanspruchungen im Bereich der Lasteinleitung dargestellt und gezeigt, dass diese Nähte für einen Einsatz im Brückenbau geeignet erscheinen.

Durability of laser welded steel hollow plates in bridge constructions.
The advantages of steel hollow plates were described and analyzed in several research papers since the 1970s. Since the 1990s it is possible to produce these plates economically using laser welding technique. The laser stake weld connects the upper deck plate with the inlying web plates or profiles by welding through this upper deck plate. For long, the maximum thickness of deck plates that was penetrable was approximately 4 mm, so that the application of steel hollow plates was limited to secondary bearing structures in ships or other constructions with low loads. Within the research project “Laser welded T-joint connections” [4], welding parameters for laser stake welds were enhanced to produce deeper and thicker connections in order to connect plates with a thickness up to 10 mm to set up hollow plates for higher static and fatigue loads. The project provides experimentally validated design concepts based on an extensive testing scheme with static and fatigue bending, shear and normal stresses. The paper “Laser-stake welded T-joints of all-steel sandwich panels - Fatigue strength of laser-stake welded T-joints” [2] showed an excerpt of the results. The following article is especially about the investigations regarding the laser stake welds static and fatigue resistance against loads that typically occur in bridge buildings. The findings demonstrate that steel hollow plates using laser stake welds are suitable for an application in steel bridges.

In dem hier vorgestellten Forschungsprojekt wurden durch die TU Dortmund, die MPA Darmstadt und das Institut für Korrosionsschutz Dresden GmbH der wissenschaftliche und technische Nachweis eines sicheren Einsatzes der Feuerverzinkung im Stahl- und Verbundbrückenbau erbracht (Teil 1 s. Stahlbau, H. 1/2015). Durch Laborbelastungen und Freibewitterung konnte die Korrosionsschutzwirkung der Feuerverzinkung für bis zu 100 Jahre, d. h. über die gesamte rechnerische Lebensdauer einer Brücke hinweg, nachgewiesen werden. Durch zusätzliche Entwicklung einer Ausführungsanweisung für Montagestöße können damit die ökologischen und ökonomischen Vorteile gegenüber den aktuell eingesetzten Korrosionsschutzsystemen genutzt werden.

Hot-dip galvanizing in bridge construction - Part 2: Using hot-dip galvanizing as a lifetime corrosion protection for bridge constructions.
In the here presented research project the scientific and technical evidence for the safe use of hot-dip galvanizing for steel and composite bridges were provided by TU Dortmund, MPA Darmstadt and Institut für Korrosionsschutz Dresden GmbH. By laboratory tests and natural weathering the evidence of the corrosion protection of hot dip galvanizing for up to 100 years, i. e. over the entire calculated life of a bridge, could be provided. With the additional developed design guide for mounting joints the environmental and economic advantages over the currently applied corrosion protection systems can be used.

In dem hier vorgestellten Forschungsprojekt wurden durch die TU Dortmund, die MPA Darmstadt und das Institut für Korrosionsschutz Dresden GmbH der wissenschaftliche und technische Nachweis eines sicheren Einsatzes der Feuerverzinkung im Stahl- und Verbundbrückenbau erbracht. Die Verwendung der Feuerverzinkung ermöglicht einen langlebigen, wartungsfreien und robusten Korrosionsschutz und bietet ökologische und ökonomische Vorteile gegenüber den aktuell eingesetzten Korrosionsschutzsystemen. Der Einsatz im Brückenbau mit zyklischen Belastungen war bislang - aufgrund fehlender wissenschaftlicher Untersuchungen zum Ermüdungsverhalten feuerverzinkten Stahls - nicht möglich. Die Ergebnisse dieses Forschungsprojekts ermöglichen den Nachweis des feuerverzinkten Stahls gegen Werkstoffermüdung nach EC 3-1-9 und weisen den sicheren Einsatz der Feuerverzinkung als Korrosionsschutzsystem nach.

Hot-dip galvanizing in bridge construction - Part 1: Using hot-dip galvanized mild steel for cyclic loaded structures.
In the here presented research project the scientific and technical evidence for the safe use of hot-dip galvanizing for steel and composite bridges were provided by TU Dortmund, MPA Darmstadt and Institut für Korrosionsschutz Dresden GmbH. The use of hot dip galvanizing offers a durable, maintenance-free and robust corrosion protection and provides environmental and economic advantages over the corrosion protection systems currently in use. The use in bridge construction with cyclic loading was previously not possible - due to a lack of scientific studies on the fatigue behavior of hot-dip galvanized steel. The results of this research allow the proof of hot-dip galvanized steel against fatigue according to EC 3-1-9 and demonstrate the safe use of hot dip galvanizing as corrosion protection system.

Die Bauhöhe von Hochregallagern ist in den vergangenen Jahren stetig gestiegen. Entsprechend besteht Bedarf, den kontinuierlich wachsenden Anforderungen, denen Hochregallager in Stahlbauweise genügen müssen, durch Weiterentwicklungen und Optimierungen der Konstruktion zu begegnen. Von essentieller Bedeutung für die Stabilität und Gebrauchstauglichkeit von Hochregallagern ist die Schubsteifigkeit von Ständerrahmen.
Geschlossene theoretische Ansätze zur realitätsnahen Erfassung der Schubsteifigkeit von Ständerrahmen mit dünnwandigen Stahlquerschnitten und einfachen Verbindungen, wie sie im Hochregallagerbau eingesetzt werden, existieren derzeit nicht. Aus diesem Grund ist es in der Regalbauindustrie immer noch gängige Praxis, die Schubsteifigkeit eines Ständerrahmens experimentell in so genannten Rahmenschubversuchen nach DIN EN 15512 zu ermitteln.
In dem hier vorgestellten Forschungsprojekt werden die für die Schubsteifigkeit von Ständerrahmen im Hochregallagerbau maßgebenden Einflussparameter qualifiziert und quantifiziert. Des Weiteren sollen auf dieser Basis Berechnungsgrundlagen abgeleitet werden, um analytische Methoden zur realitätsnahen Bestimmung der Schubsteifigkeit zu entwickeln.

Experimental analysis of upright frames in high-bay racking construction.
The height of high-bay warehouses has risen constantly in recent years. Accordingly, there exists a need to meet the continuously increasing requirements of high-bay warehouse in steel construction by upgrading and optimizing their design. The shear stiffness of the upright frames is of crucial importance for the stability and serviceability of high-bay warehouses.
Closed theoretical approaches for a realistic survey of the shear stiffness of upright frames with thin-walled steel profiles and simple joints, such as those used in high-bay racking systems, currently do not exist. For this reason, it is still common practice within the shelf construction industry, to determine experimentally the shear stiffness of an upright frame in so-called frame shear tests according to DIN EN 15512.
The research project presented hereafter qualifies and quantifies the relevant parameters for the shear stiffness of upright frames in high-bay racking systems. Additionally, a calculation basis should be determined in order to develop analytical methods for a realistic determination of the shear stiffness.

Bauen im Bestand beschreibt im Allgemeinen die Verdichtung, Modernisierung und Sanierung von bestehenden Gebäuden. Unter dem Aspekt der Nachhaltigkeit liegt der Schwerpunkt des Bauens der nächsten Jahrzehnte im Bestand. Hierbei ergeben sich große Chancen für den Stahl(leicht)bau, die im Rahmen der vorgestellten Forschungsergebnisse aufgezeigt werden. Die interdisziplinäre Planung von Gebäudeerweiterungen in Form von Aufstockungen aus Stahl erfolgt für ausgewählte, repräsentative Referenzgebäude und liefert eine Basis für weitere, allgemeine Erkenntnisse zum Bauen im Bestand unter Berücksichtigung von stadtplanerischen und architektonischen sowie bauphysikalischen Aspekten, statisch-konstruktiven Anforderungen, des Baubetriebs, der Immobilienbewertung und lebenszyklusübergreifenden Nachhaltigkeitsbewertungen. Im Ergebnis liegen erstmalig detaillierte Ökobilanzergebnisse für spezifische Bestandsbaumaßnahmen vor, die eine Vorteilhaftigkeit gegenüber Abriss und Neubau ausweisen.

Integral analysis of building projects dealing with existing structures including comparative assessments of sustainability - Exemplified through investigations of the building for the physics institute at the TU Dortmund, Germany.
Building in existing contexts and structures considers urban densification, modernization and redevelopment of the existing building stock in general. Aspects of sustainability will primarily be focusing on refurbishment and restoration of existing buildings; they will be the challenge of future. These future developments unfold many opportunities for the application for steel and steel-lightweight structures, which are highlighted through this presented research project. The interdisciplinary planning approach of roof top extensions for existing buildings with steel structures is simulated for selected, representative reference buildings and can be used to facilitate a basis for further insights in respect to building with existing structures. This approach considers city planning and architectural requirements, aspects of building physics, structural solutions, building process concerns, real estate assessment, sustainability and life cycle assessments. As a result, for the first time detailed outcomes regarding the life cycle assessments for specific projects dealing with the composition of existing structures in contrast to the process of demolition and new development are available. An advantage of building in existing context can be determined.

Freileitungsmaste aus Stahl - traditionell in Deutschland als geschraubte oder genietete Gittermastkonstruktionen mit einfachen Profilformen und Verbindungen ausgeführt - gehörten einst zu den Sinnbildern technischer Erschließung und Sicherung des nationalen Wohlstandes. Heute werden Freileitungsmaste eher als Belastung der natürlichen Ressourcen und Einschränkung der Freiräume betrachtet. Im Vorfeld neuer Trassen-Planungen wurden bereits massive Proteste der betroffenen Bürger gegen den Bau von Freileitungen formuliert. Im Zuge der Energiewende ist es daher von elementarer Bedeutung, das Image der Freileitungen als einen notwendigen und akzeptierten Teil unserer industriellen Gesellschaft zu verbessern. Zugleich sollte das große Potential des modernen Stahlbaus und moderner Stähle auch beim Freileitungsbau gewinnbringend ausgeschöpft werden können und diesen Markt für eine große Zahl an Stahlbaufirmen öffnen. Dies kann nur gelingen, wenn für Entwurf und Konstruktion von Freileitungsmasten aus Stahl neben modernen Produktions-, Fertigungs- und Ausführungstechnologien sowie wirtschaftlichen Aspekten insbesondere auch gestalterische Betrachtungen berücksichtigt werden. Folgerichtig wird das Forschungsprojekt interdisziplinär von Ingenieuren und Architekten bearbeitet. Ziel ist es, einen neuen Freileitungs-Masttyp aus Stahl zu entwickeln, der neben technisch und wirtschaftlich höchsten Anforderungen in seiner Gestalt eine neue Zeit, die Zeit der Energiewende der Bundesrepublik Deutschland symbolisiert.

Overhead line tower for the turnaround in energy policy - architectural, technical and economic aspects.
In Germany, overhead line towers in steel are traditionally constructed as lattice towers still using simple construction steel materials, angle profiles, bolted joints or even rivet connections. Lattice towers represent technical progress and national affluence for a long time, but this view has changed completely. Currently, overhead line towers are condemned with regard to aesthetic and the impact on man and environment. The German turnaround in energy policy is already accompanied by strong public protests. On the other hand, most German steel manufacturer are no more specialized in planning and building lattice tower constructions. In the course of the energy turnaround it is therefore essential to change the recent negative image of overhead line towers into an accepted and urgently required part of a modern industrial society. Moreover, the potential of modern steel and sophisticated steel constructions should be introduced into the construction of overhead line towers. This will only be successful, is the design and construction of overhead line tower in steel includes modern steel production, manufacturing and erecting technologies combined with economy and architectural requirements. Consequently, steel engineers and architects will cooperate in this interdisciplinary research project. The research target is to develop a new steel construction of overhead line towers, which achieves highest technical, economic and aesthetic quality and thus, will support as well as symbolize the change in energy policy in Germany.

Verankerungen in Sandwichelementen werden derzeit auf der Grundlage experimentell bestimmter Durchknöpftragfähigkeiten dimensioniert, da ein mechanisch basiertes Tragmodell fehlt. Im Rahmen eines Forschungsvorhabens wurde ein analytisches Modell zum Nachweis von Direktverankerungen entwickelt, welches mit Hilfe umfangreicher numerischer und experimenteller Untersuchungen bestätigt werden konnte.

Design model for pull-through resistance of direct fastenings in sandwich panels.
Fastenings of sandwich panels are designed based on experimentally determined pull-through resistances, because a mechanically based model does not exist. In the context of a research project an analytical design model of direct fastenings has been developed and verified by extensive numerical and experimental investigations.

Die Tragfähigkeit einseitiger Befestigungen von Sandwichelementen ist derzeit weder bauaufsichtlich geregelt noch existieren Berechnungsmodelle. Die Verankerung von Sandwichelementen oder die Einleitung äußerer Lasten an nur einem Deckblech wurde im Rahmen eines Forschungsvorhabens systematisch untersucht und weiterentwickelt. Im Ergebnis konnten die wesentlichen Phänomene bei einer einseitigen Lasteinleitung durch experimentelle und numerische Untersuchungen aufgedeckt werden und mögliche Verankerungssysteme auf experimenteller Basis entwickelt werden.

Innovative fastening of sandwich panels in one face sheet only.
One sided fastenings of sandwich panels at one face sheet only are not yet covered by technical approvals. In the context of a research project possible fastening technologies for one face sheet only have been systematically examined und developed. As a result the main difficulties with such fastenings could be identified, based on experimental and numerical investigations, and possible fastening systems could be developed based on testing.

Weltweit wird die Lagertechnik durch den boomenden Onlinehandel, begrenzte Flächenkapazitäten und immer größere Bauhöhen von Regallagern geprägt. Die technische Ausführung von Regalanlagen folgt der rasanten Entwicklung in der Logistik jedoch nur schleppend. Auch das Potenzial von modernen höchstfesten Stählen, die sich im Automobil- und Maschinenbau längst durchgesetzt haben, wird in der modernen Lagertechnik nicht ausgeschöpft, obwohl Fachbodenregale für den Einsatz von höchstfesten Stählen prädestiniert sind. Das Ziel des FOSTA-Forschungsvorhabens P1512 (IGF Nr.21465/N) war daher die Erarbeitung der werkstoffspezifischen, fertigungs- und bemessungstechnischen Grundlagen zum Einsatz von höchstfesten Stahlblechen in Fachbodenregalen. Hierzu wurde einerseits die Eignung verschiedener hochfester Stähle für ihren Einsatz bei Fachböden und Stützen geprüft. Andererseits wurde durch experimentelle Untersuchungen das Trag- und Stabilitätsverhalten von Fachbodenregalstützen aus hochfesten Stählen analysiert; numerische Simulationen dienten der Optimierung von Stützengeometrien, sodass deren Querschnitte bei geringstmöglichem Materialeinsatz bestmöglich ausgenutzt werden können.

Optimized shelving racks through the use of high-strength steel
Warehouse technology worldwide is characterized by booming online trade, limited space capacities and greater heights of rack structures. However, the technical design of racking systems follows the rapid development in logistics only sluggishly. The potential of modern high-strength steels, which have long been established in automotive and mechanical engineering, is not fully exploited in modern storage technology, even though shelving is predestined for the use of high-strength steels. The aim of the FOSTA research project P1512 (IGF Nr.21465/N) was therefore to develop the material-specific, manufacturing and dimensioning fundamentals for the use of high-strength steels in shelving. For this purpose, on the one hand, the suitability of various high-strength steels for their use in floors and supports was tested. On the other hand, the load-bearing and stability behavior of shelf uprights made of high-strength steel was analyzed through experimental investigations; numerical simulations are used to optimize upright geometries so that their cross-sections can be utilized with the lowest possible material input.

A Eurocode-compliant design approach was developed for the design of thin-walled cold-formed steel sections which combines the AISI S100-16-Direct Strength Method (DSM) with the design provisions of EN 1993-1-3. The new design approach transfers the cross-sectional resistance determined acc. to DSM based on numerical elastic buckling analyses on the gross cross-section into the global member verification acc. to EN 1993-1-3. Additional factors were introduced to optimize the new approach, e.g., to account for the effects of the nonlinear stress distribution in cross-sections subject to local and/or distortional buckling. Within the framework of the German research project FOSTA P1328/IGF 19964, an extensive series of tests on differently shaped, perforated, and unperforated cold-formed sections in compression and bending were conducted which serve to analyze the buckling phenomena and the load-bearing capacity and to validate the new design approach. In addition, a numerical model was developed, calibrated to the tests, and used for further parametric analyses on the load-bearing capacity of cold-formed sections.

This paper presents additional potential for the future economic development of composite dowel strips by using the durable and long-lasting corrosion protection of hot-dip galvanization. Based on the completed FOSTA research project P835 [5] on the use of hot-dip galvanizing for steel and composite bridge construction, the range of applications for hot-dip galvanizing will be transferred to composite dowel strips in composite bridges. Following a brief summary of the most important results of the previous project, where the corrosion protection duration and the influence of hot-dip galvanizing on the fatigue behaviour of steel were examined, the objectives and planned studies of the new research project will be presented. The currently ongoing FOSTA research project P1042 [8] was initiated by RWTH Aachen University and TU Dortmund University. The results should allow the safe use of hot-dip galvanized composite dowel strips in conjunction with cyclic loads.

Im Rahmen des gleichnamigen Forschungsprojekts “Innovationen zum optimalen Einsatz des wetterfesten Baustahls im Stahl- und Verbundbrückenbau” wurden wesentliche Aspekte zur besseren Anwendung des wetterfesten Baustahls im Stahl- und Verbundbrückenbau untersucht. Neben aktuellen Analysen zur Bildung der korrosionshemmenden Deckschicht in der heutigen Atmosphäre erfolgte die Qualifizierung zweier geometrieunabhängiger und zerstörungsfreier Messtechniken zur Rissdetektion unterhalb der kompakten Deckschicht und deren Verifizierung an realen Brückenbauwerken. Außerdem wurden Untersuchungen zur Optimierung der Haftreibungszahlen gleitfest vorgespannter Verbindungen von wetterfestem Baustahl durchgeführt. Grundsätzlich bietet der Einsatz von wetterfestem Baustahl durch die natürliche Bildung seiner fest haftenden und korrosionshemmenden Deckschicht sowohl wirtschaftliche als auch ökologische Vorteile im Vergleich zu organisch beschichtetem Baustahl, insbesondere bezogen auf die heutigen Nutzungsdauern im Brückenbau. In diesem Aufsatz sind die wesentlichen Forschungsergebnisse zusammengefasst, um den nachhaltigen Einsatz und die Vorzüge von wetterfestem Baustahl im Stahl- und Verbundbrückenbau unter den Einsatzbedingungen der aktuellen natürlichen Atmosphäre zu belegen.

Innovations for the optimal use of weathering steel in steel and composite bridge construction
The research project “Innovations for the optimal use of weathering steel in steel and composite bridge construction” investigated essential aspects for the optimal use of weathering steel in steel and composite bridge construction. In addition to current investigations on the formation of the corrosion-inhibiting surface layer in the current atmosphere, the qualification of two geometry-independent and non-destructive measuring techniques for crack detection underneath the compact surface layer and their verification on real bridge structures was carried out. Furthermore, tests for the optimization of the slip factor of slip-resistant prestressed connections of weathering steel were carried out. Basically, the use of weathering steel offers both economic and ecological advantages compared to organically coated structural steel by the formation of its firmly adhering and corrosion-inhibiting surface layer, especially with regard to the present service life in bridge construction. This article summarises the main research findings to demonstrate the sustainable use and advantages of weathering steel in steel and composite bridge construction under the conditions of use in the current natural atmosphere.

Im Rahmen des interdisziplinären Forschungsvorhabens FOSTA P977 “Architektonisch qualitätvolle Sandwichfassaden&ldquo [5] wurden die Grundlagen einer architektonisch ansprechenden Systembauweise für Fassaden aus Sandwichelementen mit neuartiger Befestigungstechnik gelegt.
Durch die Entwicklung geeigneter Verbindungstechniken konnte das große Anwendungspotential der Sandwichbauweise im Geschossbau herausgearbeitet werden. Der vorliegende Beitrag zeigt daher besonders die technisch-architektonischen Ergebnisse auf, die zur Schaffung von Fassaden im Geschossbau mit hoher architektonischer Qualität und sozio-kultureller Akzeptanz führen.

High quality sandwich-panel envelope-systems for office and multi-storey buildings.
As part of the interdisciplinary research project FOSTA P977 “Architecturally high quality Sandwich-panel Envelope-systems” [5], the fundamentals of an architecturally appealing prefabricated system for façades of sandwich panels with a new assembly technology was to be developed.
Through the development of suitable connection technologies the huge potential of sandwich constructions in multi-storey buildings could be obtained. The abstract at hand therefore shows especially technical-architectural results, which lead to the development of envelope systems for office- and multi-storey buildings with high architectural quality and socio-cultural acceptance.

Im Rahmen des Forschungsprojekts “Half Monocoque Structures - Raumbildende Tragstrukturen aus Sandwichelementen” wurden theoretische und experimentelle Untersuchungen zum Tragverhalten selbsttragender Konstruktionen aus Sandwichelementen unter axialer Druckbeanspruchung durchgeführt. Ziel des Forschungsvorhabens war es, vorhandene Berechnungsansätze zur Trag- und Gebrauchstauglichkeit und die Detaillösungen zur Lasteinleitung und -verteilung zu validieren und ggf. weiterzuentwickeln. Es wurde zunächst eine selbsttragende Konstruktion aus Sandwichelementen ohne eine tragende Unterkonstruktion als Beispielobjekt entworfen. Hierzu wurden alle notwendigen Konstruktionszeichnungen und Detaillösungen zur Ausbildung der Lasteinleitungsstellen und Stoßpunkte ausgearbeitet und für diese Anwendung festgelegt. Außerdem wurde eine wirtschaftliche und ökologische Betrachtung der Bauweise anhand des Beispielobjekts vorgenommen. Die gewonnenen Erkenntnisse aus der ganzheitlichen Betrachtung der Bauweise sollen dann als Grundlage für den Erwerb einer bauaufsichtlichen Zulassung dienen. In diesem Aufsatz werden die wesentlichen Forschungsergebnisse präsentiert und die Vorzüge der Bauweise selbsttragender Konstruktionen aus Sandwichelementen ohne eine tragende Unterkonstruktion verdeutlicht.

Half monocoque structures - space-forming load-bearing structures made of sandwich panels
In the process of the research project called, “Half Monocoque Structures - Space-forming and load-bearing structures made of sandwich panels ”, theoretical and experimental investigations were carried out into the load-bearing behavior of self-supporting structures made of sandwich panels under axial compressive loading. The aim of the research project was to validate and, if necessary, further develop existing calculation approaches for load-bearing and serviceability and design detailed solutions for load introduction and distribution areas. A self-supporting structure made of sandwich panels was first designed as an example object. For this purpose, all necessary design drawings and detailed solutions for the formation of the load application points and impact points were worked out and defined for this application. In addition, an economic and ecological analysis of the construction method was carried out on the basis of the example object. The results gained from the holistic consideration of the construction method is then to serve as the basis for the acquisition of a building authority approval. In this article, the main research results are presented and the advantages of the construction method of self-supporting sandwich panels structures without a supporting substructure are presented.

This paper presents numerical and analytical investigations of thin-walled steel C-section members subjected to both local and global buckling. The results presented here are based on experimental tests which are dealt with in a previous publication [1]. Numerical calculations using the finite element method are performed to recalculate test results from stub column tests with local buckling and long column tests with coupled local and global buckling failure. These results are analysed using different design procedures based on Eurocode 3. Using modified buckling factors and an approach considering effective stiffness by approximation, it is possible to determine the ultimate buckling loads from tests and numerical investigations efficiently.

This paper presents experimental investigations on thin-walled steel members with C-cross sections subjected to both local and global buckling failure. Different cross sections, buckling length and steel grades have been investigated for welded and cold-formed sections. Experimental tests on stub columns with only local buckling failure and on longer columns with combined local and global buckling will be presented. The stub column tests focused on the local buckling mechanisms with respect to axial compression loading and combined compression and bending. By testing longer columns subjected to both local and global buckling, the interaction of local and global buckling failure will be addressed. Therefore results will be based on general observations from the local buckling stub column tests. The influence of initial global geometric imperfections with respect to size and shape will be identified as crucial for the overall ultimate buckling strength of C-sections subjected to coupled instabilities.

Neben Ermüdungsschäden an orthotropen Fahrbahnplatten sind bei Stahlbrücken auch Schäden an nicht direkt befahrenen Konstruktionsteilen der Quersysteme (Kategorie-3-Schäden) festgestellt worden. Das stetig steigende Verkehrsaufkommen führt zu einer Verschärfung des Problems, so dass die Dauerhaftigkeit betroffener Brücken auch durch diese Schäden gefährdet wird. Anhand ausgewählter Beispiele aus der Literatur und Praxis der Straßenbauverwaltungen werden Kategorie-3-Schäden systematisch untersucht. Die Erfahrungen werden zusammengestellt, ausgewertet und typisiert, um so eine erste Hilfestellung bei der Bewertung von Kategorie-3-Schäden zu geben. Weiterhin werden ausgeführte und andere Instandsetzungs- und Ertüchtigungsvarianten in allgemeiner Form mit numerischen Berechnungen untersucht, um Vor- und Nachteil herauszustellen. Besondere Aufmerksamkeit erhält dabei die Bauwerkserhaltungsmaßnahme, vollständig auf aussteifende Verbände zu verzichten. Die Untersuchungen schließen mit einer Bewertung der untersuchten Ertüchtigungs- und Instandsetzungsvarianten ab und münden in allgemeinen Empfehlungen zur Behandlung von Kategorie-3-Schäden.

Reinforcing steel bridges with category 3 damages - report on a BASt research project.
In recent years, fatigue damages have been observed at the main supporting structure of steel bridges, the orthotropic decks, as well as the transverse structure of steel bridges (the so-called category 3-failure). The rapidly increasing road traffic intensifies the situation resulting in a huge amount of steel bridges affected by fatigue damages. Existing steel bridges with category 3-fatigue cracks have been intensively investigated. Fatigue failure modes and general evaluation criteria have been summarized, analysed and categorized, in order to enable first fundamental and time-efficient definition and classification of category 3-damages. FE-simulations of transversal steel bridge structures (with and without reinforcements) have been carried out to evaluate and review the structural bridge concepts. Based on these studies, a special way of the steel bridges' maintenance has been followed up, which is removing all possible transversal bracings. Finally, different options of maintenance and repair have been investigated both newly and successfully applied in the recent past. Appropriate actions for solving essential category 3-fatigue problems are presented.

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