In diesem Beitrag werden Ergebnisse von Untersuchungen zum Nachweis gegen Ermüdung von Offshore-Windenergieanlagen vorgestellt. Nach Vorstellung und Diskussion möglicher Varianten von Tragstrukturen werden verschiedene Konzepte zur Berücksichtigung der Beanspruchungen aus dem Seegang für den Nachweis gegen Ermüdung beschrieben und bewertet. Die Konzepte reichen von deterministischen Verfahren über Berechnungen im Zeitbereich zu Berechnungen im Frequenzbereich. Aufgelöste Strukturen machen zudem die Anwendung von Berechnungsansätzen erforderlich, die über das Nennspannungskonzept hinausgehen.

Grout-Verbindungen werden für die Verbindung zwischen den Gründungs- und Turmstrukturen von Offshore-Windenergieanlagen (OWEA) vielfach eingesetzt. Insbesondere die seit Beginn der 90er Jahre im Meer installierten Windturbinen mit Monopile-Gründung verfügen über diese hybride Verbindungskonstruktion, bei der Stahlzylinder mit glatter Mantelfläche übereinander gefädelt werden und der Zwischenraum mit hochfesten Feinkornmörteln vergossen wird. Bislang wurde auf eine spezielle Oberflächenprofilierung der Stahlrohre verzichtet. Während standardmäßiger Wartungsintervalle wurden nun an Rohr-in-Rohr-Steckverbindungen in Monopiles in Dänemark, Großbritannien und den Niederlanden vertikale Verschiebungen festgestellt, die auf ein Versagen des Haftverbunds zwischen Stahl und Füllmaterial schließen lassen. Im Rahmen dieses Beitrags wird zunächst der Aufbau sowie das Trag- und Ermüdungsverhalten der Grout-Verbindung erläutert und eigene Untersuchungen an diesen Verbindungen mit Ergebnissen präsentiert. Darauf aufbauend werden mögliche Gründe für die aufgetretenen Schäden diskutiert und Instandsetzungsvorschläge unterbreitet. Neben der Betrachtung der offshore-spezifischen Einbaubedingungen werden die Maßnahmen hinsichtlich des technischen Aufwands vorgestellt und Kerbfallklassen für die Stahlbauteile zur Bestimmung der Materialermüdung präsentiert. Für zukünftige Gründungsstrukturen werden Optimierungsmöglichkeiten vorgestellt.

Sinking grouted joints in offshore wind turbines - Bearing behaviour, repair, and optimisation.
Grouted joints are mainly used for the connection of foundation piles and substructures of offshore wind turbines. Grouted joints consist of tube-to-tubeconnections where the annulus is filled with a high performance mortar. Since the early 90s, grouted joints have been installed in offshore wind energy converters with monopiles using plain steel sections with no additional mechanical interlock. During maintenance work vertical slippages have been detected at substructures with monopiles in Denmark, UK and the Netherlands. The movements may result from a loss of bond between steel and mortar. Within this paper the construction and the bearing behaviour of grouted joints is presented. Additionally experimental investigations are shown. Based on own experiences reasons for failure and repair opportunities are introduced and optimisation opportunities for future turbines are proposed.

Der Nachweis der Ermüdungsfestigkeit hat bei allen Komponenten von Windenergieanlagen wegen der hohen dynamischen Belastung eine besondere Bedeutung. Dies gilt wegen der komplizierten Zusammenhänge beim Tragverhalten in noch stärkerem Maße für geschraubte Ringflanschverbindungen. In diesem Beitrag werden die Ergebnisse eines Forschungsvorhabens zusammengefaßt, in dem experimentelle und numerische Untersuchungen zur Beanspruchung der Schraube in der Verbindung durchgeführt wurden. Neben der Frage des Zusammenhangs zwischen äußerer Belastung und der Beanspruchung der Schraube wurden Untersuchungen zum Vorspannkraftabfall durch Setzvorgänge und zur Ermüdungsfestigkeit des Bauteils Schraube angestellt.

Im vorliegenden Beitrag wird ein neuer Ansatz für die brandschutztechnische Bemessung tragender Bauteile vorgestellt. Die differenzierte Kenntnis natürlicher Brandverläufe und ihrer maßgebenden Einflußparameter und die Entwicklung numerischer Methoden auf dem Gebiet des baulichen Brandschutzes ermöglichen eine Betrachtungsweise, die über das traditionelle Vorgehen beim Normbrandversuch hinausgeht. Der Grundgedanke ist einfach. So wie bei der Kaltbemessung die maßgebenden Einwirkungen aus der mechanischen Belastung resultieren, resultiert die maßgebende Einwirkung im Brandfall aus der Brandlast. Folgerichtig kann für ein bestimmtes Bauteil analog zur Traglast der Kaltbemessung auch eine Grenzbrandlast als diejenige Brandlast definiert werden, die bei dem Bauteil zum Versagen führt. Bei einem realen Brand bleibt die Standsicherheit der Bauteile erhalten, wenn die vorhandene Brandlast im Gebäude kleiner als die Grenzbrandlast ist. Verbundbauteile, die nach der traditionellen Methode in die Feuerwiderstandsklasse F 60 einzuordnen sind, weisen Grenzbrandlasten von mehr als 1000 MJ/m2 auf. Sie sind damit gegenüber den möglichen realen Bränden in üblichen Gebäuden widerstandsfähig. Aufbauend auf der Kenngröße "Grenzbrandlast" wird für die brandschutztechnische Bemessung von Bauteilen unter Naturbrandbeanspruchungen eine Bemessungsmethode entwickelt und dargestellt.

Die brandschutztechnische Bemessung von kammerbetonierten Verbundstützen ist mit einfachen Klassifizierungstabellen möglich. Mit Hilfe dieser Tabellen können die Stützen in Feuerwiderstandsklassen eingeordnet werden. Sowohl die DIN 4102-4 als auch der Eurocode 4-1-2 enthalten derartige Tabellenwerke. In diesen Klassifizierungstabellen sind Mindestwerte für die Bauteilabmessung, für die Verhältnisse von Steg- zu Flanschdicke und für den Achsabstand der Bewehrung in Abhängigkeit des Lastausnutzungsgrades für die verschiedenen Feuerwiderstandsklassen angegeben. Zahlreiche kammerbetonierte Verbundstützenquerschnitte auf der Basis von Walzprofilen können aufgrund dieser erforderlichen geometrischen Randbedingungen nicht klassifiziert werden. Außerdem führt die Anwendung dieser Tabellen teilweise zu unwirtschaftlichen aber auch unsicheren Ergebnissen. Aus diesen Gründen wird in diesem Beitrag eine neue Klassifizierungstabelle für kammerbetonierte Verbundstützen vorgeschlagen. Die neue Tabelle stützt sich auf die Ergebnisse systematischer Parameterstudien mit einem allgemeinen Berechnungsmodell auf der Basis der Finite-Elemente-Methode. Ihre Anwendung führt zu einer wirtschaftlichen und vor allem zu einer sicheren Klassifizierung der kammerbetonierten Verbundstützen für den Brandfall.

In dem Beitrag wird der aktuelle Stand der Technik für Grout-Strukturen von Offshore-Windenergieanlagen (OWEA) vorgestellt sowie über die Ergebnisse von experimentellen und numerischen Untersuchungen an klein- und großmaßstäblichen Grout-Verbindungen berichtet, die im Rahmen des ForWind-Projektes “TPV: Lebensdauerprognose für die Tragstruktur von Offshore-Windenergieanlagen” am Institut für Stahlbau der Leibniz Universität Hannover durchgeführt wurden. Auf Grundlage der Erkenntnisse aus Versuch und Numerik werden anhand einer Referenzstruktur in der Ostsee mit einer Anlagengröße von 3MW repräsentative Berechnungen von Grouted-Joint-Verbindungen unter vorwiegender Biegebeanspruchung mit Hilfe von numerischen Modellen vorgestellt. Neben der Betrachtung von Grouted-Joint-Verbindungen mit glatten Stahlrohroberflächen werden die Möglichkeiten von Grout-Strukturen unter Ansatz von versteifenden Schubrippen (Shear Keys) im Grenzzustand der Tragfähigkeit und Ermüdung vorgestellt. Neben der Betrachtung der Gesamtstruktur einer Grout-Verbindung unter Ermüdungsbeanspruchungen werden lokale Konzepte für Degradationsberechnungen im Bereich der Shear Keys durchgeführt und eine Einstufung in Kerbfallklassen vorgenommen.

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Die Berücksichtigung eines ganzheitlichen Dimensionierungskonzepts, das neben den bisher maßgebenden Konstruktionsfaktoren Tragfähigkeit und Wirtschaftlichkeit weitreichendere Nachhaltigkeitseffekte wie beispielsweise ökologische Auswirkungen integriert, nimmt zukünftig einen wachsenden Stellenwert bei der Wahl von Tragstrukturen ein. Auf Grundlage bereits bekannter Nachhaltigkeitsbewertungssysteme aus dem Hochbau wurde im Rahmen des Forschungsprojektes NaStafEE eine Methode zur Nachhaltigkeitsbewertung stählerner Tragkonstruktionen für regenerative Energien entwickelt. Es wurden für die Kategorien Ökologie, Ökonomie, Soziales, Technik und Prozess Kriterien definiert, die die Nachhaltigkeit der stählernen Tragstrukturen über den gesamten Lebenszyklus erfassen und somit eine Bewertung der Stahltragstruktur von Offshore-Windenergieanlagen ermöglichen. Die Bewertungsmethode sowie Untersuchungsergebnisse für zwei Offshore-Stahlstrukturen werden in diesem Beitrag vorgestellt.

Sustainability assessment of steel constructions of offshore wind energy turbines.
The consideration of an holistic design approach, taking into account not only the load bearing capacity and economical effects but also sustainability effects as e.g. ecological aspects, will have an increasing impact to the construction choice in future. Based on already known sustainability assessment methods originating from the building sector a sustainability assessment applicable for steel structures of renewables was developed within the research project NaStafEE. Criteria for the sustainability categories ecology, economy, social responsibility, engineering and process were generated to enable the assessment of the sustainability of steel constructions of offshore wind energy turbines. The assessment method as well as sustainability results for two offshore structures we presented within this paper.

Tragfähigkeit, Gebrauchstauglichkeit und Dauerhaftigkeit sind die primären Anforderungen, die an Stahlkonstruktionen regenerativer Technologien gestellt werden, so dass die Auslegung und Errichtung dieser Konstruktionen vorwiegend durch monetäre und technische Gesichtspunkte beeinflusst wird. Zur Berücksichtigung von Nachhaltigkeitsaspekten aufseiten der Planung, Herstellung und Fertigung von Stahlkonstruktionen fehlen derzeit geeignete Instrumente, um die Nachhaltigkeit ganzheitlich zu dimensionieren. Auf Basis bestehender Bewertungssysteme aus dem Hochbau wurde im Rahmen des Forschungsprojektes “NaStafEE“ eine Methode zur ganzheitlichen Nachhaltigkeitsbewertung stählerner Tragstrukturen für regenerative Technologien entwickelt. Mit Hilfe der entwickelten Methodik können unterschiedliche Bauweisen und Ausführungsvarianten unter Berücksichtigung von Anforderungen an eine nachhaltige Bauweise verglichen werden. Der Beitrag beschäftigt sich mit der Methodenentwicklung sowie der beispielhaften Anwendung auf stählerne Gründungsstrukturen von Offshore-Windenergieanlagen sowie Stahlfermenter von Biogasanlagen.

Sustainability of steel constructions of renewables.
Mechanical resistance, serviceability and durability are the primary requirements for steel structures of renewable energies. During design and execution, these structures are mainly influenced by economic and technical aspects. Currently, there is a lack of appropriate instruments for a holistic sustainability approach in order to consider sustainability aspects during the stages of design, manufacturing and erection of steel constructions. Based on existing rating systems originating from the building sector, a method for a holistic sustainability assessment of steel structures for renewables has been developed within the research project “NaStafEE”. With the help of the sustainability rating system, different types of construction and variants of execution can be compared under consideration of requirements for sustainability aspects. This article deals with the development of the rating system and the exemplary application to steel support structures of offshore wind energy turbines and to steel digesters of biogas power plants.

Grout verfüllte Rohr-in-Rohr-Steckverbindungen, so genannte Grouted Joints, in aufgelösten Unterstrukturen von Offshore-Windenergieanlagen in großen Wassertiefen verfügen installationsbedingt über große Spaltmaße und werden maßgeblich durch Axiallasten beansprucht. Der Nachweis ausreichender Trag- und Ermüdungsfestigkeit dieser Grout-Verbindung erfolgt derzeit mittels in Offshore-Richtlinien vorgeschlagenen Ingenieurmodellen und Nachweiskonzepten. Ursprung der Ingenieurmodelle für den Nachweis im Grenzzustand der Tragfähigkeit sind maßstäbliche Versuche unter Axial- und Biegebeanspruchung an Grouted Joints mit Portlandzement-Füllung. Anhand der für definierte Gültigkeitsgrenzen verwendbaren Ingenieurmodelle werden die Druckstrebentragfähigkeit sowie das Versagen der Groutmatrix untersucht. Bei von den Gültigkeitsgrenzen abweichender Geometrie sowie bei Einsatz moderner Hochleistungsgrouts zeigen die Ergebnisse der Modelle signifikante Abweichung zu den tatsächlichen Tragfähigkeiten. Im Rahmen dieses Beitrags wird ein weiterentwickeltes mechanisches Ingenieurmodell vorgestellt, mit dem die Tragfähigkeiten moderner Groutmaterialien sowie Einflüsse der Umschnürungswirkung der Stahlrohre zutreffend berechnet werden können und eine einfache Abschätzung der Tragfähigkeit axial beanspruchter Grouted Joints in Offshore-Tragstrukturen ermöglicht wird.

Design of axially loaded grouted joints of offshore support structures.
Grouted joints in spatial substructures of offshore wind turbines in deeper waters are prevailing axially loaded and due to installation procedures equipped with large grout annulus. Current design standards recommend the verification of the structural and fatigue behaviour using engineering models. The engineering models originate from empirical analyses and scaled tests including combined loading with Portland cement core for defined ranges of validity. The design with these formulae includes the calculation of the compression strut and the grout matrix failure. In case of deviating geometries or use of ultra high performance grouts, the actual axial strength of grouted joints is underestimated. Within this paper an enhanced engineering model based on simple structural mechanics is presented which incorporates influences of high performance grouts and confinement effects. Thus, an appropriate estimation of the axial strength for axially loaded grouted joints in offshore substructures is possible.

Grout-Verbindungen als hybride Rohr-in-Rohr-Steckverbindungen mit hochfester Vergussbetonfuge werden vielfach in Monopile-Tragstrukturen für Offshore-Windenergieanlagen eingesetzt. Gegenüber Grouted Joints in Jackets oder Tripods werden die Verbindungen in Monopiles überwiegend auf Biegung beansprucht. Etablierte Berechnungsverfahren liegen derzeit nur in begrenztem Umfang vor. Neben Ingenieurmodellen, die auf Grundlage der linearen Schalentheorie Spannungs- und Verzerrungszustände in der Verbindung vereinfacht approximieren, wurden in den letzten Jahren numerische Berechnungsverfahren entwickelt, die die geometrischen und materiellen Nichtlinearitäten biegebeanspruchter Verbindungen berücksichtigen. In diesem Beitrag werden drei Berechnungsverfahren vorgestellt, deren Detailierungsgrad anhand von gemessenen und berechneten Bauteilverformungen und Spannungen erläutert wird.

Analysis methods for grouted joints in offshore wind energy converters under predominant bending.
Grouted joints as hybrid tube-to-tube connections with high-strength concrete annulus are often used in monopile substructures for offshore wind energy conversion systems. Compared to jackets or tripods, grouted joints in monopiles are loaded by predominant bending moments. Currently, only a limited number of design and calculation methods for the stress design are available. Besides simplified engineering models based on linear shell theory, numerical calculation methods and models have been developed in recent years. Those models include material and geometrical nonlinearities of a grouted joint under predominant bending. In this paper three different analysis methods are presented, their accuracy is described by calculated and measured displacements and stresses.

Die Betrachtung der Nachhaltigkeit nimmt einen wachsenden Stellenwert in der Gesellschaft ein. Nachhaltige Systeme, die weder ökologische noch ökonomische Auswirkungen haben und kein negatives Erbe für zukünftige Generationen sind, werden bevorzugt eingesetzt. Dieser Grundsatz bildet sich insbesondere in der Baubranche zu einem maßgebenden Faktor bei Bemessung und Planung aus.
Für den Gebäude- und Industriebau haben sich Bewertungssysteme zur Quantifizierung der Nachhaltigkeit bereits durchgesetzt und bewährt. Durch den politisch initiierten Umschwung von fossilen Energieträgern auf regenerative ist es insbesondere für deren Tragkonstruktionen von wachsender Bedeutung nachhaltig zu sein. Daher wird in diesem Beitrag die Entwicklung einer Methode zur Nachhaltigkeitsbewertung von Stahlkonstruktionen regenerativer Energien behandelt. Die Vorgehensweise sowie erste methodische Ansätze und Ergebnisse werden vorgestellt. Dabei werden insbesondere die ökologischen Auswirkungen stählerner Offshore-Windenergieanlagen vertieft analysiert. Für anstehende Untersuchungen von Biogasanlagen wird der Betrachtungsrahmen festgelegt.

Sustainability assessment for steel constructions of renewables.
The consideration of sustainability gets more important to society aspects. Sustainable systems that eliminate ecologic and economic effects on future generations are preferred. Especially in civil engineering this convention gains importance.
Up-to-date established and approved assessment systems to evaluate and quantify the sustainability of constructions regard only buildings. With respect to the change of energy sources from fossil to renewable, the constructions for renewables should fulfil sustainable criteria. Therefore this article establishs a rating system regarding sustainability for steel structures of renewable energies. The approach as well as preliminary results considering ecological effects of offshore wind energy support structures are given. Indicators derived from the building sector are presented. Beside the wind energy, the focus is set to biogas plants.

This article provides an overview of the various support structures for offshore wind turbines and addresses the challenges that arise for the different design variants. First of all, the existing types of support structures are explained and their benefits and shortcomings discussed. Following that, the focus is on material fatigue and its analysis, which is of great importance due to the cyclic loading on the structures. A central topic of this article is the experimental evaluation of fatigue strength using large-scale test setups and state-of-the-art measurement methods. Critical and complex design details such as welds for extremely thick plates, tubular joints, grouted connections, large HV bolts and ring flanges are investigated to improve methods of analysis. Further, the new series of German standards (DIN 18088) for support structures for wind energy turbines and platforms is addressed. Finally, these topics are summarized and the importance of offshore wind energy for the transition to cleaner energy is emphasized.

Die Ermüdungseigenschaften von HV-Schraubengarnituren mit sehr großen Durchmessern, die üblicherweise in Tragstrukturen von Windenergieanlagen zur Anwendung kommen, sind bislang nicht abschließend untersucht. Für die Bemessung anwendbare Wöhlerlinien sind nur eingeschränkt für große Schraubendurchmesser validiert. In diesem Beitrag werden neue Ergebnisse von bislang erstmalig durchgeführten Ermüdungsversuchen an sehr großen HV-Garnituren M64 vorgestellt und in den bisherigen Erkenntnisstand zur Ermüdung großer Schrauben eingeordnet. Anhand der erweiterten Versuchsgrundlage werden normative Regelwerke für die Anwendung auf sehr große Schraubendurchmesser überprüft und maßgebende Einflussparameter wie die Mittelspannung, der Größeneinfluss und der Einfluss der Feuerverzinkung diskutiert.

Fatigue of very large high-strength bolting assemblies.
The fatigue characteristics of high-strength bolting assemblies (System HV) with very large diameters, as they are commonly applied in support structures for wind turbines, are not conclusively investigated yet. S-N curves, which are applicable for fatigue verification, are mostly validated on smaller bolt diameters. In this paper new experimental results of thus far unique fatigue tests on very large M64 HV-bolt sets are presented and results are integrated into the existing state of knowledge concerning fatigue of large-size bolts. Based on the enhanced test basis normative regulations are verified for very large bolt diameters and relevant influence parameter as mean stress, size effect and impact of hot-dip galvanizing are discussed.

HV-Schraubengarnituren mit großen Durchmessern kommen bevorzugt in Ringflanschverbindungen von Windenergieanlagen zum Einsatz. Zur Gewährleistung eines zuverlässigen Korrosionsschutzes werden die Garnituren feuerverzinkt. Der Einfluss der Feuerverzinkung auf die Ermüdungsfestigkeit großer HV-Schrauben wurde bislang jedoch nicht abschließend untersucht. Zudem sind Wöhlerlinien, die für die Bemessung der Schrauben in Ringflanschverbindungen angewendet werden, nur begrenzt für große Schraubendurchmesser validiert. Anhand der in diesem Beitrag vorgestellten experimentellen Untersuchungen wird der Einfluss der Feuerverzinkung auf die Ermüdungsfestigkeit großer HV-Schrauben systematisch analysiert. Es zeigt sich, dass durch die Feuerverzinkung die zyklische Beanspruchbarkeit der Schrauben maßgeblich reduziert wird. Der zugrundeliegende Schädigungsmechanismus kann mit Hilfe abgebrochener Schwingversuche gekerbter Proben dokumentiert und beschrieben werden. Die Ergebnisse der Schwingversuche an hochfesten Schrauben M36 werden mit gültigen normativen Regelwerken verglichen.

Fatigue strength of hot-dip galvanized high-strength bolt systems in ring-flange connections of wind turbines - Assessment of the boundary layer effect for bolts with large diameters.
High-strength bolt systems with large diameters are widely used in ring-flange connections of wind turbines. For reliable protection against corrosion, the bolts are hot-dip galvanized. However, until now the effect of galvanizing on the fatigue strength of bolts with large diameters is still under investigation. Moreover, applicable S-N curves for the verification of bolts in ring-flange connections are mostly validated on smaller bolts. In the investigations, presented in this paper, the effect of hot-dip galvanizing on the fatigue strength of large-size bolts is systematically analyzed. The results show that the cyclic load bearing capacity of the bolts is significantly reduced by the zinc coating. The corresponding damage mechanism is documented by use of aborted fatigue tests on notched specimens. Based on the fatigue test results on high-strength bolts M36 valid normative regulations are discussed.

Dedicated to Prof. Dr.-Ing. Jörg Lange on the occasion of his 60th birthday
Large-size HV-bolt sets in ring-flange connections are crucial structural members of wind turbine support structures, which are subjected to strong static as well as cyclic loads with considerable numbers of load cycles. Additionally to direct experimental investigations on the structural components themselves, analytical and numerical assessment methods of the bolts performance inside ring-flanges are valuable engineering tools to gain knowledge about the structural behaviour and to support the development of appropriate design solutions. In this paper, probabilistic fatigue assessment, using Monte Carlo Simulation technique, is utilized to compute the failure probability and to investigate the influence of the scattering parameters on the fatigue performance of HV-bolt sets in ring-flange connections. Subsequently, an analytical fatigue calculation approach for large-size bolts, based on the local strain-life concept, is introduced. Results from two different methods for determination of required base material properties are compared. The calculations are validated on fatigue tests on HV-bolt sets and results are discussed with regard to the evaluation of local loading conditions, damage assessment parameters and sensitivity to base material input.

Fortschrittliche Bewertungsmethoden für hochfeste Schrauben in Ringflanschverbindungen.
HV-Schraubengarnituren mit sehr großen Durchmessern in Ringflanschen von Windenergieanlagen sind hohen statischen und zyklischen Lasten mit sehr hohen Lastwechselzahlen ausgesetzt. Ihre Trag- und Ermüdungsfestigkeit sind entscheidend für die strukturelle Integrität der Tragstrukturen. Neben experimentellen Untersuchungen der HV-Garnituren bieten analytische und numerische Bewertungsmethoden die Möglichkeit das strukturelle Verhalten im Detail zu bewerten und die Entwicklung von geeigneten Bemessungsverfahren und Designlösungen zu unterstützen. In diesem Beitrag wird, basierend auf der Monte-Carlo-Simulation, eine probabilistische Bewertung der Ermüdungsfestigkeit von HV-Schraubengarnituren in Ringflanschen durchgeführt. Dabei wird die Versagenswahrscheinlichkeit berechnet und der Einfluss der streuenden Parameter auf die Zuverlässigkeit untersucht. Anschließend wird ein analytisches Verfahren zu Berechnung der Ermüdung von Schrauben mit großen Abmessungen basierend auf dem Kerbdehnungskonzept vorgestellt. Die Ergebnisse von zwei unterschiedlichen Methoden zur Bestimmung der zyklischen Grundwerkstoffeigenschaften werden verglichen. Die Berechnungen werden anhand von Ermüdungsversuchen an HV-Schraubengarnituren validiert und hinsichtlich der Bewertung des lokalen Beanspruchungszustands, des Schädigung-Parameters und der Sensitivität gegenüber Werkstoffeingangsparametern diskutiert und erläutert.

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Frau Univ.-Prof. Dr.-Ing. Ulrike Kuhlmann zur Vollendung ihres 60. Lebensjahres gewidmet
In diesem Beitrag werden experimentelle Untersuchungen zum Verbundverhalten von ausbetonierten Hohlprofilstützen mit massivem Stahlkern beschrieben. Da der innen liegende Stahlkern bei diesem Stützentyp den wesentlichen Anteil des Lastabtrags übernimmt, ist die Lasteinleitung und -verteilung von besonderer Bedeutung für die konstruktive Durchbildung der Stütze. Dabei ist es erstrebenswert, einen Teil der Lasten über die Verbundwirkung zwischen Baustahl und Beton zu übertragen und nur möglichst wenige mechanische Verbundmittel anzuordnen. Derzeit sind jedoch in Ermangelung einer experimentellen Datenbasis weder für Raumtemperaturbedingungen noch erhöhte Temperaturen Bemessungswerte der Verbundfestigkeit normativ erfasst. Die im Folgenden beschriebenen Untersuchungen können als Basis für die Entwicklung entsprechender Bemessungsvorschläge dienen. Es werden drei Serien von Push-out-Versuchen sowohl unter Raumtemperaturbedingungen als auch erhöhten Temperaturen hinsichtlich der gemessenen Verbundfestigkeit, der Reibfestigkeit sowie des Kurvenverlaufs der Verbundspannung-Relativverschiebungskurven analysiert. Die Parameter der Versuchsreihen umfassen dabei den Stahlkerndurchmesser sowie die Betondeckung. Die Versuchsergebnisse offenbaren einerseits für Raumtemperaturbedingungen eine deutlich höhere Verbundfestigkeit als Daten von anderen Verbundstützentypen. Andererseits zeigt sich eine signifikante Reduktion der Verbund- und Reibfestigkeit bei erhöhten Temperaturen. Dabei dominiert die temperaturabhängige thermische Ausdehnung der Baustoffe das resultierende Verbundverhalten. Dieser Effekt ist in der Bemessung für den Brandfall zu berücksichtigen.

Investigations on the composite behaviour of concrete-filled tubular columns with massive steel core at high temperatures.
This paper deals with experimental investigations concerning the composite behaviour of concrete-filled tubular columns with embedded massive steel core. As the inner profile provides the main load-bearing capacity, the load introduction and transfer is of particular interest for the structural detailing of such columns. It is desirable to transfer part of the load via composite action between steel and concrete instead of applying mechanical shear connectors. Due to a lack of experimental data, currently, no specific design regulations regarding the shear strength are available - neither for room temperature nor fire design. The presented investigations provide a basis for design recommendations on reliable shear stresses. Three series of push-out tests at room temperature and high temperatures are analysed in terms of ultimate shear strength, bond strength and shear strength-displacement-curve shape. The test parameters involve the steel core diameter and concrete cover. On the one hand, the test data reveal higher bond strength at room temperature conditions than observed for other composite column types. On the other hand, a distinctive reduction in both ultimate shear and bond strength for high temperatures was observed. Thereby, the thermal elongation has a mayor influence on the resulting composite behaviour. These effects need to be considered in the design for fire situations.

Ausbetonierte Hohlprofilstützen mit massiven Einstellprofilen stellen eine attraktive Möglichkeit dar, schlanke Stützen auch bei hohen Lasten zu realisieren und gleichzeitig hohe Anforderungen an den Feuerwiderstand zu erfüllen. Das Tragverhalten im Brandfall unterscheidet sich dabei grundlegend von dem anderer ausbetonierter Hohlprofilstützen, die bei gleicher Querschnittsfläche deutlich geringere Lasten abtragen. Dieser Beitrag behandelt Ergebnisse eines Forschungsprojektes, in dem das Tragverhalten einer runden Verbundstütze mit massivem Stahlkern im Brandfall experimentell untersucht wurde. Nach Erreichen der Feuerwiderstandsklasse R 90 wurde die Stütze bis zum Erreichen der Traglast belastet. Im Zuge der Untersuchungen wurde die Entwicklung der Temperaturen im Querschnitt ermittelt und den Ergebnissen numerisch ermittelter Temperaturfeldberechnungen gegenübergestellt.

Thermal and structural response of concrete-filled tubular columns with massive steel core in case of fire
Concrete-filled tubular columns with embedded massive steel core represent an attractive constructional possibility to design slender columns that are both resisting high loads and fulfil requirements concerning the fire resistance. The structural behaviour in case of fire thereby differs from the typical behaviour of concrete-filled tubular columns without steel core, which carry remarkably lower loads. In the following paper, the thermal and mechanical behaviour of a circular composite column with embedded massive steel core is investigated experimentally. After achieving the fire resistance class R 90, the column was loaded up to failure and thus the residual bearing capacity was ascertained. Furthermore, the measurement of temperatures within the individual parts of the cross-section was another aspect of the experimental investigations. Those data are additionally compared to numerically calculated temperatures.