(Fortsetzung aus Heft 1/2010)

Der Beitrag stellt die Entwicklung eines prognosefähigen Simulationsmodells zur Vorhersage des Verhaltens und der Feuerwiderstandsdauer brandbeanspruchter Mauerwerkswände aus Kalksandsteinen im Rahmen eines europäischen Forschungsprojekts der European Calcium Silicate Producers Association (ECSPA) vor. Wesentliche Elemente des gekoppelten thermisch-mechanischen Simulationsmodells im Finite-Elemente-Programmsystem ANSYS sind die thermische Simulation der Brandbeanspruchung und der daraus resultierenden zeitabhängigen Temperaturverteilung in der Mauerwerkswand sowie die mechanische Simulation mit Hilfe eines temperaturabhängigen nichtlinearen Materialmodells für Mauerwerk zur Prognose der Verformungen, Spannungen, Rissbildungen und Feuerwiderstandsdauer infolge Brandbeanspruchung.
Der Entwicklungsprozess des Simulationsmodells erfolgt mit Hilfe der Optimierungsplattform optiSLang unter Einsatz modernster Analysestrategien der Sensitivitätsanalyse und der System- bzw. Parameteridentifikation.
Mit Hilfe von Sensitivitätsanalysen konnten die wesentlichen Einflussgrößen und physikalischen Phänomene brandbeanspruchter Mauerwerkswände identifiziert werden. Anschließende Parameteridentifikationen mit leistungsfähigen genetischen und evolutionären Optimierungsalgorithmen dienten der inversen Bestimmung der Temperaturabhängigkeit der relevanten Materialparameter. Mit Hilfe des entwickelten dreidimensionalen Simulationsmodells ist es nun möglich, die Feuerwiderstandsdauer und Schädigung brandbeanspruchter Mauerwerkswände mit hoher Qualität sehr realitätsnah vorherzusagen.

Simulation of calcium silicate masonry under fire load. The contribution presents the development of a simulation model for the analysis of the behavior and resistance of fire-stressed calcium silicate masonry walls in the context of a european research project of the European Calcium Silicate Producer Association (ECSPA). Substantial elements of the coupled thermal-mechanical simulation model in finite elements the program system ANSYS are the thermal simulation of the time-dependent temperature distribution resulting from the fire load in the masonry wall as well as mechanical simulation with the help of a temperaturedependent nonlinear masonry material model for the prognosis of the deformations, stresses, cracking and resistance time caused by fire load. For the development process and the verification of the simulation model the optimization platform optiSLang with modern analysis strategies like sensitivity analysis and the system or parameter identification where used. By sensitivity analyses the important variables and physical phenomena of fire-Stressed calcium silicate masonry walls could be identified. Follow ing parameter identifications with efficient genetic and evolutionary optimization algorithms served the inverse determination of the temperature dependence of the relevant material parameters. With the help of the developed three-dimensional simulation model now it is possible to predict the fire resistance time and damage of fire-stressed calcium silicate masonry walls with high quality.

Die Anwendung numerischer Berechnungsverfahren eröffnet neue Möglichkeiten, das komplexe Tragverhalten historischer Mauerwerkskonstruktionen zu bewerten. Im Rahmen eines Forschungsprojektes zur numerischen Modellierung von Mauerwerk wurde an der Professur für Holz- und Mauerwerksbau der Bauhaus-UniversitätWeimar ein elastoplastisches Rechenmodell zur räumlichen Berechnung von Mauerwerk entwickelt und in das FE-Programmsystem ANSYS implementiert. In diesem Beitrag soll die spezielle Entwicklung für mehrschaliges Natursteinmauerwerk vorgestellt werden. Anhand numerischer Fallstudien werden die Untersuchungsmöglichkeiten des Berechnungsmodells demonstriert.

Es wird ein in das FEM-Programm ANSYS implementiertes elastoplastisches Berechnungsmodell zur numerischen Simulation von Mauerwerk vorgestellt. Dabei wird der Baustoff Mauerwerk mit Hilfe eines verschmierten Ersatzkontinuums beschrieben. Das anisotrope Materialverhalten wird sowohl bezüglich der Spannungs-Dehnungsbeziehung als auch bei der Beschreibung der Festigkeit berücksichtigt. Es ist somit möglich, Mauerwerkstrukturen unter kombinierter Belastung (Scheiben- und Plattenbeanspruchung), sowie am verformten System nach Theorie 2. Ordnung zu untersuchen. Weiterhin wird die numerische Umsetzung unter Anwendung mehrflächiger Plastizität beschrieben. Den Abschluß bilden Berechnungen zur Verifikation des vorgeschlagenen Modells durch Versuche. Es werden neun Wandscheiben aus unterschiedlichen Mauerwerksarten (Backsteinmauerwerk, Zementsteinmauerwerk, Kalksandsteinmauerwerk) unter verschiedenen Beanspruchungen untersucht.

Bei der Modernisierung bzw. Instandsetzung baulicher Anlagen stellt sich häufig die Frage nach der tatsächlichen Tragfähigkeit der bestehenden Bauteile und dem damit im Zusammen-hang stehenden Umfang erforderlicher Verstärkungs- und Sanierungsmaßnahmen. Für eine sinnvolle und wirtschaftliche Planung kann daher die Qualität und die Realitätsnähe der Bestimmung von Tragfähigkeit und Gebrauchstauglichkeit eine große Bedeutung erlangen. Der Einsatz herkömmlicher, einfacher Ingenieurmodelle stößt dabei mit zunehmender Komplexität der Struktur sehr schnell an Grenzen und kann zu unwirtschaftlichen Ergebnissen führen. Der vorliegende Beitrag zeigt am Beispiel der Natursteinmauerwerkstützen des Berliner Olympiastadions einen Weg, die Tragfähigkeit einer bestehenden Mauerwerkstruktur durch die Kombination von gezielter Zustandsaufnahme sowie Materialprüfung mit modernen, vorwiegend zerstörungsfreien Prüfmethoden und dem Einsatz eines darauf abgestimmten, leistungsfähigen und wirklichkeitsnahen Berechnungsmodells zuverlässig bestimmen zu können. Dabei zeigt sich, daß die realitätsnahe rechnerische Bewertung der Versagenslast und der zugehörigen Versagensmechanismen die Einbeziehung des nichtlinearen Spannungs- Verformungs-verhaltens des Mauerwerks erforderlich macht. Das nichtlineare Materialverhalten wurde mit einem in das Finite-Element-Programm ANSYS® implementierten elastoplastischen 3D-Materialmodell für Mauerwerk erfaßt. Damit wurde es möglich, den Spannungs- und Verformungszustand der Mauerwerkstruktur sehr realitätsnah abzubilden und die Standsicherheit sowie die Gebrauchstauglichkeit der Stützenstruktur unter Einbeziehung der Lastgeschichte plausibel nachzuweisen.

Eine realitätsnahe Berechnung der Tragfähigkeit und Gebrauchstauglichkeit von historischen Mauerwerksstrukturen ist eine notwendige Voraussetzung zur sinnvollen Planung erforderlicher Sanierungsmaßnahmen. Dementsprechend erfordert die Bewertung gemauerter Brückenbauwerke ein Berechnungsmodell, welches in der Lage ist, den dreidimensionalen Mauerwerksverband mit allen wichtigen Eigenschaften hinsichtlich der Steifigkeit, Festigkeit und möglicher Versagensszenarien zu beschreiben. Der folgende Beitrag stellt die erstmalige Nachrechnung der 78 m hohen und 574 m langen Göltzschtalbrücke als dreidimensionales Tragwerk unter Berücksichtigung des nichtlinearen Materialverhaltens vor. Die 1846 bis 1851 erbaute Eisenbahnbrücke wurde durchgängig in der dem römischen Aquädukt ähnlichen Form aus Natur- und Ziegelstein gemauert. Hierfür wurde in ANSYS® ein detailliertes 3D-Geometriemodell, welches den Einbauort verschiedener Mauerwerkssteine und die Lage des Verbandes der unterschiedlichen Mauerwerksarten beinhaltet, erstellt. Das nichtlineare Materialverhalten wurde mit einem in ANSYS® implementierten elastoplastischen 3D-Materialmodell für Mauerwerk erfaßt. Damit wurde es möglich, den Spannungs- und Verformungszustand der Struktur sehr realistisch abzubilden und die Standsicherheit und Gebrauchstauglichkeit des Gesamtbauwerks unter Einbeziehung der Lastgeschichte plausibel nachzuweisen.

Mit Hilfe numerischer Berechnungsverfahren ist es möglich, Mauwerkkonstruktionen hinsichtlich ihrer Tragfähigkeit und Gebrauchstauglichkeit einzuschätzen. Die Zuverlässigkeit der Ergebnisse hängt dabei entscheidend von der realistischen Abbildung der zu untersuchenden Struktur mit den vorhandenen Einwirkungen und Randbedingungen sowie der zutreffenden Modellierung des nichtlinearen Materialverhaltens von Mauerwerk ab. Der Beitrag stellt die Ergebnisse eines Forschungsprojektes der Bauhaus-Universität Weimar zur Entwicklung dreidimensionaler Berechnungsmodelle für die rechnerische Simulation verschiedener Mauerwerkarten vor. Die entwickelten Berechnungsmodelle wurden durch Vergleichsrechnungen mit Versuchsergebnissen von verschiedenen Mauerwerkarten umfangreich verifiziert und abgesichert. Anwendungsbeispiele an exponierten Mauerwerkstrukturen verdeutlichen die praktische Anwendbarkeit.

Der Beitrag stellt neue Softwareentwicklungen und Simulationsverfahren vor, mit denen es möglich ist, komplexe Simulationsmodelle hinsichtlich ihrer Prognosefähigkeit, Robustheit und Abhängigkeit von streuenden Inputparametern zu überprüfen. Am Beispiel der Untersuchung bestehender Mauerwerkstrukturen wird gezeigt, wie mit Hilfe von Sensitivitätsstudien die Einflüsse einzelner Inputparameter bzw. Inputparametergruppen auf die Ergebnisgrößen eines numerischen Simulationsmodells ermittelt werden können. Auf der Basis von Sensitivitätsanalysen können anschließend mit Hilfe von Parameteridentifikationen gezielt fehlende Werte oder Wertebereiche von Inputparametern durch den inversen Abgleich von berechneten Ergebnissen mit gemessenen Werten ermittelt werden. Damit ist es möglich, sowohl fehlende bzw. auf experimentellem Wege nicht oder nur sehr aufwendig bestimmbare Materialkenngrößen zu erhalten als auch die erforderliche Prognosefähigkeit eines Simulationsmodells sicherzustellen.

Trials and simulations provide important aids in the development of products for constructing brickwork. The balance between measurement and simulation is one of the classic duties for model validation. If the difference between the measurement and the recalculation is excessive, an approximation task for minimizing the differences can be formulated. Optimization tasks for calibration between measurement and simulation are often deemed to be an identification problem. In the past this task was generally processed through iterative adaptation of individual characteristics. With the availability of parameter optimization programs, the iterative manual alignment can be automated and even more complex tasks can be dealt with. The necessity of such automated identification procedures becomes even more important due to the speed of innovation in current product development processes. Within virtual prototyping, virtual testing is the key towards a reduction in hardware tests. Only when reference experiments achieve a comparison of major results between measurement and simulation, can it be presumed that all the relevant phenomena for the actual test result are included in the virtual model and thus predictable models are available for virtual testing. Using brickwork exposed to fire as the example, with the aid of modern mathematical procedures, the article shows that parameter identification can be carried out in a systematic, efficient and target orientated manner.

A comparative environmental assessment study focusing on the stages of mortar production and carbonation through hardening has been conducted by the European Lime Association in collaboration with mortar producers from various EU countries on 17 formulations of mortars, renders and plasters. The results of the “cradle-to-gate” for mortar and renders indicated that: There are no significant differences between products with low and high lime contents and depending on the lime content in the products, the contribution of the hydrated lime to the different environmental indicators can range between 0 % and about 20 %. However, there are clear differences in the environmental footprints of gypsum or lime based plasters. Based on the plaster composition investigated in this study, it appears that lime based plasters have the lowest environmental footprint for some of the impacts (primary energy consumption, abiotic depletion and water eutrophication), whereas for the remaining indicators the gypsum based plasters have the lowest environmental footprint. Depending on the lime content in the plasters, the contribution of the hydrated lime to the different environmental indicators can vary in a wide range, i. e. between 0 and 40 %.
The differences in the environmental impacts of mortars, renders and plasters produced in integrated or non-integrated mortar plants are generally rather small The lime carbonation process lowers the overall carbon footprint during the first period of the use phase of the mortars in buildings. This impact shall be taken into account in holistic LCA studies. If not, this leads to a wrong interpretation of the environmental impact of the mortars.

No short description available.

Der vorliegende Beitrag beschreibt den gegenwärtigen Entwicklungsstand auf dem Gebiet der Brandsicherheit. Unter Beachtung der im Jahre 1989 herausgegebenen Richtlinie für bautechnische Erzeugnisse sowie deren maßgeblicher Forderung "Sicherheit im Brandfall" aus dem Jahr 1994 wird zunächst näher auf die globale statische Analyse im Brandfall, die Kombinationsregel für die im Brandfall auftretenden Einwirkungen sowie die den Bedingungen eines Naturbrandes entsprechende Bemessung eingegangen. Da sich das globale Brandsicherheitskonzept, GBSK, mit der Beurteilung der Sicherheit von Gebäudenutzern und Feuerwehrleuten, des Schutzes von Eigentum und Umwelt, der erforderlichen realen Feuerwiderstandsdauer und der realistischen Brandschutzbemessung von Bauwerken einschließlich der aktiven Brandsicherheit befaßt, sind die für die Evakuierung der Gebäudenutzer benötigte Zeit, die Folgen eines Konstruktionsversagens, die Auswirkungen aktiver Brandsicherheits- und Brandbekämpfungsmittel sowie die Gefahr der Brandauslösung zu untersuchen. Dieses globale Brandsicherheitskonzept bietet einen konkreten Schutz der von einem Brand betroffenen Personen und gewährleistet gleichzeitig die notwendige Feuerwiderstandsfähigkeit der Konstruktion unter realen Bedingungen.

Die Carolabrücke über die Elbe in Dresden wurde 1968 bis 1971 als Spannbetonbrücke mit neuartigen Stahlgußgerbergelenken gebaut. Die Gelenkteile sind mit Koppelbolzen unmittelbar an die Stegspannglieder angeschlossen. Die für die Standsicherheit wichtigen Koppelbolzenkräfte wurden bzw. werden während der Herstellung und Nutzung der Brücke gemessen. Dazu sind 121 der 504 Koppelbolzen als Meßkoppelbolzen ausgebildet worden. Über die Meßergebnisse der bisher vergangenen rd. 23 Jahre wird berichtet. 1983 wurde ein Gradientenknick (Durchbiegung des Gelenkes II) festgestellt. Durch verschiedene, unabhängige und umfangreiche Messungen wurde das Kurz- und Langzeitverhalten der Brücke eindeutig ermittelt und Aussagen und Schlußfolgerungen für die Zukunft getroffen. Die bisher eingetretenen Durchbiegungen des Gelenks II von rd. 30 cm sind reine Kriechverformungen ohne Auswirkung auf die Standsicherheit. Der derzeitige Wert stellt 80 % der Durchbiegung am Ende der Nutzungsdauer dar. Zusätzlich treten große tägliche und jahreszeitliche Schwankungen infolge Temperatur zwischen 2 cm Hebung und 8 cm Senkung auf. Die Verkehrslastverformungen sind dagegen gering.

An der Bahnhofsbrücke Aue, der ersten Spannbetonbrücke der Welt, sind im Rahmen der Wiederherstellung und weiteren Nutzung umfangreiche Messungen vorgenommen worden. Durch diese Messungen wurden die Rekonstruktionen gesteuert. Ausserdem wurde bzw. wird das tatsächliche Kurz- und Langzeitverhalten der Brücke messtechnisch überwacht.

No short description available.

Der Neubau von Brücken über größere Täler erfolgt häufig durch Stahlverbundbrücken als mehrfeldrige Hohlkastenbrücken. Bedingt durch die topographischen Gegebenheiten entstehen unterschiedliche Stützweiten, wobei sich oft größere Mittelöffnungen mit anschließenden kürzeren Randfeldern ergeben. Bei der Herstellung derartiger Überbauten können montagebedingt erhebliche ungewollte und bleibende Verformungen auftreten, deren Ursache in ungleichförmigen Temperaturänderungen liegen.

Im Zuge der Wiederinbetriebnahme der U-Bahnlinie 2 des Berliner U-Bannetzes war eine stählerne Fachwerkbrückenkonstruktion mit einer Gesamtlänge von 227 m durch einen Neubau zu ersetzen. Zwei neue Stahlfachwerkbrücken sowie eine Trogbrücke bilden den Überbau der zweigleisigen Konstruktion. Die Unterbauten bestehen aus mit Klinkermauerwerk verblendeten Stahlbetonpfeilern, die im Baugrund flach gegründet sind.

Im Stadtbezirk Berlin-Friedrichshain überquert die Bahntrasse der Berliner Stadtbahn die Holzmarktstraße zwischen den Bahnhöfen Jannowitzbrücke und Hauptbahnhof. Diese Eisenbahnbrücke wird im Zuge des Verkehrsprojektes Schnellbahnverbindung Hannover-Berlin rückgebaut und durch eine neue viergleisige Stahlbrücke ersetzt. Die durch eine anschließende Gleisfelderweiterung extrem unregelmäßige Grundrißgeometrie sowie die Forderung nach durchgehendem zweigleisigem Bahnbetrieb erforderten den durchgängigen Recheneinsatz von der Vermessung des Bestandes über den Entwurf bis zur Fertigung. Das Resultat stellt eine funktionale und gestalterisch einheitliche Brückenkonstruktion dar.

Am nördlichen Stadtrand von Leipzig befindet sich in Leipzig-Mockau das Kreuzungsbauwerk der Bundesbahnstrecken Leipzig-Wahren - Leipzig-Engelsdorf sowie Neuwiederitzsch - Leipzig-Mockau mit der Bundesstraße B 2 und den Bahnstrecken Magdeburg und Bitterfeld nach Leipzig. In Zuge der Sanierung dieses Knotenpunktes erfolgte ein Ersatzneubau der Überführung der Strecke Wahren - Engelsdorf über die Bahntrassen nach Magdeburg und Bitterfeld. Eine Einbauzeit von 10 Tagen für die 1650 t schwere neue Fachwerkbrücke erforderte die Vormontage neben der Bahnstrecke. Komplizierte Baugrundverhältnisse verursachten einen aufwendigen Quer- und Längsverschub in die Endlage.

For the highly loaded pressure tunnels and shafts that are used for the extension of storage power plants with pumped storage and to increase installed capacity, alignments of the waterway system with high overburden are of great importance from the economical and safety points of view. With the development of the raise-boring method, vertical pressure shafts can now be drilled up to 800 m in one step.
Considering rock cover, the use of vertical pressure shafts can enable optimal alignments. If the vertical shaft is located deep enough in the rock mass and safety against hydraulic jacking can be ensured, no steel liner is required in the shaft as long as rock permeability is low, and a reinforced concrete lining is sufficient. This is designed in order to limit crack widths and thus keep water losses below acceptable values. In view of highly increasing steel prices, such a concept results in economic and competitive pumped-storage projects.
Bei hochbeanspruchten Druckstollen und Druckschächten, wie diese bei der Erweiterung von Speicherkraftwerken mit Pumpspeicherwerken und durch Leistungserhöhungen vorkommen, sind tiefliegende Linienführungen der Triebwassersysteme aus wirtschaftlichen und sicherheitstechnischen Gründen von größter Bedeutung. Mit der Entwicklung des Raise-Boring-Verfahrens können heute Vertikalschächte bis gegen 800 m in einer einzigen Etappe ausgeführt werden. Dadurch ergeben sich bezüglich Felsüberdeckung optimale Linienführungen. Falls der Schacht genügend tief im Gebirge angeordnet wird und somit die Sicherheit gegen hydraulischen Gebirgsbruch gewährleistet ist, kann bei wenig durchlässigen Felsformationen auf eine Stahlpanzerung verzichtet werden. Eine bewehrte Betonauskleidung ist ausreichend, deren Bewehrung so bemessen ist, dass die Rissweiten und somit die Wasserverluste auf zulässige Werte beschränkt werden. Anbetracht der stark angestiegenen Stahlpreisen führt dieses Konzept zu wirtschaftlichen und konkurrenzfähigen Pumpspeicherwerkprojekten.

No short description available.

Die Baustellenüberwachung ist heutzutage ein überwiegend manueller Prozess, bei dem die Ereignisse auf der Baustelle von Baustellenpersonal händisch dokumentiert werden. Diese ineffizienten, nicht mehr zeitgemäßen Arbeiten resultieren in einem erheblichen Zeit- und Kostenaufwand und einer hohen Fehleranfälligkeit. Demgegenüber bieten die rasanten Entwicklungen der Informationstechnik vielseitige Möglichkeiten, mit z. B. Bluetooth Low Energy (BLE) Monitoring, Kameras und Laserscannern Daten in Echtzeit zu erfassen und auszuwerten. Die Baustelle kann durch einen Digitalen Zwilling widergespiegelt werden, welcher die enormen Mengen an Rohdaten strukturiert abspeichert und verwaltet. Um aus der Masse an Rohdaten Informationen und Unternehmenswissen zu generieren, sind u. a. verschiedene AI-gestützte Verarbeitungsmethoden notwendig. Das Potenzial, mithilfe dieser Informationen eine voll automatisierte Baustellenüberwachung umzusetzen, ist unbestreitbar. Eine präzise, maschinelle Erfassung von Eckdaten der Bauprozesse, wie Prozessbeginn, Prozessende und verwendete Ressourcen, wird zukünftig ein essenzielles Fundament zur Optimierung der Baustelle bilden. Der vorliegende Beitrag beleuchtet den aktuellen Stand der Technik im Bereich computergestützte Baustellenüberwachung und präsentiert darüber hinaus Erkenntnisse, die beim Monitoring von mehreren Baustellen gesammelt wurden.

Digital twin construction - process monitoring for automated control of time and cost
Construction monitoring is nowadays a predominantly manual process in which construction site personnel document the processes on the construction site manually. This inefficient task results in a considerable expenditure of time and money and is highly susceptible to errors. In contrast, the rapid developments in information technology offer a wide range of possibilities, e. g. Bluetooth Low Energy (BLE) monitoring, cameras and laser scanners, to record and evaluate data in real-time. The construction site can be mirrored by a digital twin, which stores and manages large amounts of raw data in a structured manner. Besides others, various AI-supported processing methods are necessary to generate information and business knowledge from the raw data. The potential to enable fully automated process monitoring from this information is undeniable. Precise, automated recording of the critical features of the construction process, such as process start, process end and resources used, will form an essential foundation for optimizing the construction site in the future. This article examines the current state of the art in computer-aided construction site monitoring. Furthermore, it presents insights gained while monitoring several construction sites.

Die jüngste Änderung der Energieeinspar-Verordnung (EnEV) ist erst am 1. Oktober 2007 in Kraft getreten. Doch die Entwicklung ist dynamisch: Schon plant die Bundesregierung die nächste Novelle - die EnEV 2009. Die Bundesarchitektenkammer (BAK) hat dazu eine Stellungnahme erarbeitet, aus der hier einige wesentliche Punkte dargestellt sind.

No short description available.

No short description available.