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In Memoriam of Prof. Dr. Bernt Johansson
The use of high-strength steels (HSS, 460 < fy ≤ 700 MPa) and particularly very high-strength steels (VHSS, fy > 700 MPa) is limited in steel structures in civil and offshore engineering. This is due to a lack of experience in structures made of these materials and a lack of understanding of the structural performance of HSS and VHSS. The main questions that are unanswered concern the topics of static strength, fracture toughness, fatigue, material (in)homogeneity and manufacturing. With regard to the static strength, it is unclear as to whether requirements currently stated in the Eurocodes for the yield-to-tensile strength ratio (fy/fu) as well as the Von Mises yield criterion are applicable to structural designs in HSS and VHSS. With regard to fracture toughness, it is unclear as to whether the crack arrest capability of HSS and VHSS is currently sufficiently covered in Eurocode requirements. Furthermore, Eurocode requirements for maximum plate thickness are quite restrictive if they are extrapolated to HSS and VHSS. Other questions relate to the homogeneity of the material. Are HSS and VHSS sufficiently resistant to lamellar tearing and is material testing in different orientations necessary? This study gives an overview of the relevant questions, outlines the requirements in the current Eurocode system, presents answers to these questions where possible and provides a recommended research focus for the coming years.

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Der vorliegende Aufsatz stellt ein Konzept für den Entwurf und die Herstellung von gefalteten schalenförmigen Tragstrukturen aus zementbasierten Verbundwerkstoffen vor, das in Anlehnung an die japanische Papierfaltkunst Origami entwickelt wurde. Die räumlichen Tragstrukturen werden durch Faltung von ebenen Elementen mit vorgegebenen Faltlinien hergestellt. Ziel ist die Entwicklung einer Entwurfs- und Herstellmethodik für dünnwandige Faltwerke mit einfachen oder doppelt gekrümmten Geometrien, die als segmentierbare Hüll- und Konstruktionselemente mit optimierten mechanischen Eigenschaften eingesetzt werden können.
Wegen der hohen Variabilität der Formen und der großen Anzahl von Freiheitsgraden der Faltstrukturen ist eine Unterstützung mit numerischer Simulation in allen Phasen des Entwurfs und der Herstellung unabdingbar. Gegenüber der traditionellen Herstellung von Schalentragwerken mithilfe aufwendiger gekrümmter Schalungen verspricht die Methodik ein hohes Potenzial an Wirtschaftlichkeit. Insbesondere durch die Verwendung von modernen, zementbasierten Verbundwerkstoffen werden durch das Konzept neue Anwendungsfelder erschlossen, die sich durch geringen Materialverbrauch, einen hohen Ausnutzungsgrad des Werkstoffs sowie eine einfache systematische Herstellung auszeichnen.

Oricrete - design and manufacturing methodology for folded plate structures made of novel cementitious composites
The present paper shows an approach for the design and production of folded plate structures made out of novel cementious composite materials. The idea of the approach is derived from the Japanese art of paper folding, origami. The spatial structures are obtained by folding of planar elements provided with prescribed crease lines. The aim of the present work is the development of a design and manufacturing method for the production of free-form structural members with optimized mechanical properties applicable as façade and load bearing segments.
Due to the high variability of forms and the large amount of degrees of freedom of the fold patterns, a support by numerical simulation in all phases of design and production is required. The method has a high potential to reduce the production costs compared to traditionally fabricated shell structures with complex curved formworks. New fields of application for cementious composite materials can be entered that are characterized by low material consumption, a high exploitation of the material and a systematic manufacturing process.

Die alte Überbrückung der Alten Maas in Dordrecht mit den charakteristischen flügelförmigen Hubportal wird durch eine neue, ins Auge springende Hubbrücke ersetzt. Die neue Konstruktion fällt durch besondere Formen der verschiedenen Konstruktionsteile, die jeweiligen Verbindungen und die dazu gefundenen individuellen Konstruktionslösungen auf. Die neue Hubbrücke liegt auf der Rheinfahrhöhe (dies sind 11,2 m über NAP - Amsterdamer Pegel) und weist zwei unabhängig voreinander bewegliche Brückendecks auf, von denen eines neu ist. Durch sie wird ein wichtiger Engpaß im Bahn- und im Schiffsverkehr beseitigt.

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A 3D model for the prediction of the effective thermal conductivity of porous building blocks is introduced. Simulations are performed directly on the microstructure using voxel images and the finite element technique. Very good agreement with analytical solutions is achieved. The model is used to investigate the miscalculation effect of 2D simulations, clearly indicating the need for a 3D model. Furthermore, a method for incorporating radiative heat transfer at the microscale is implemented and applied on a synthetic sample, demonstrating the influence of thermal radiation on the effective thermal conductivity.

Ein Vorhersagemodell für die Wärmeleitfähigkeit poröser Bausteine.
Ein 3D-Modell zur Vorhersage der effektiven Wärmeleitfähigkeit poröser Bausteine wird vorgestellt. Simulationen werden direkt in der Mikrostruktur mittels Voxel-Bildern und Finite-Elemente-Methode durchgeführt. Sehr gute Übereinstimmungen mit analytischen Verfahren werden erreicht. Das Modell wird verwendet, um die Fehlberechnungswirkung von 2D-Simulationen zu untersuchen, welche klar das Erfordernis eines 3D-Modells zeigen. Zudem wird eine Methode zur Einbeziehung strahlungsgebundener Wärmeübertragung im Mikrobereich umgesetzt und auf einen synthetischen Prüfkörper angewandt. Dies zeigt den Einfluss von Wärmestrahlung auf die effektive Wärmeleitfähigkeit.

After a concrete structure has been exposed to fire, a combination of destructive and non-destructive testing, expert judgment and calculations is used to decide whether the structure should be demolished or repaired, or can continue to be used without repairs or rehabilitation. However, there are many uncertainties associated with both the fire duration and the effect of elevated temperatures on the residual mechanical properties of the materials. Consequently, the maximum service load after fire exposure should be assessed based on reliability considerations in order to provide an adequate level of safety. As this type of calculation is too complex and time-consuming for practical use, a reliability-based assessment tool has been developed for concrete structures and applied to slabs to determine the maximum service load after fire. When using the proposed method, a safety level is targeted which is comparable with the safety level associated with the Eurocode format for the design of new structures. It is concluded that the proposed assessment method is both user-friendly and directly applicable in practice.

Typical for extreme events is their multidisciplinary nature, and, consequently, solutions for protection against extreme events should mirror their inherent characteristics. This article discusses different types of hazards and extreme events in order to illustrate the complexity and scale of the problem. Concepts for judging hazards and associated risks are dealt with. Some features of the traditional risk concept are discussed, followed by a proposal for an extended risk concept, to be applied when dealing with extreme hazards. The emphasis will be on aspects that are typical of “low-probability/high-consequence risks”, particularly industrial risks. The potential role of structural (concrete) protective systems for mitigating the consequences of industrial accidents is emphasized. Throughout this article, the role of structural designers and their possible contribution to the debate on adequate protection against extreme events is addressed.

Die Anlage des westlichen Teils der Hochgeschwindigkeitsstrecke in Belgien, welche Ende 1997 in Dienst genommen wurde, erforderte den Bau von drei stählernen Stabbogenbrücken mit orthotroper Fahrbahnplatte und Tragweiten zwischen 86 m und 115 m. Diese Bauwerke zeichnen sich besonders durch die schräge Anordnung der Hänger und die Leichtigkeit der oberen Aussteifung aus. Wegen der Schiefe erwies sich die Montage der Brücken als besonders schwierig. Statische und dynamische Versuche an der Brücke zeigten, daß das Ermüdungs- sowie das dynamische Verhalten ausgezeichnet sind.

Während des Auffüllens einer Baugrube, in die ein Rohr eingebracht wurde, müssen die Verformungen des Rohrs akzeptabel bleiben. Zur Vermeidung übermäßiger Formänderungen muß für jedes Rohr ein Steifigkeitsfaktor auf angegebene Grenzwerte beschränkt bleiben. Der Einfluß der Komprimierbarkeit und der Reibungskraft des Bodens wird unter Berücksichtigung der Ergebnisse von Standardversuchen berechnet.

Die offene transparente Bauweise des Zentrums für Virtuelles Engineering erforderte den Einsatz leichter Konstruktionen mit großen Spannweiten. Die Anforderungen an den Entwurf werden einleitend aus der Sicht des Architekten dargestellt. Anschließend werden die Schritte vom architektonischen zum konstruktiven Entwurf beschrieben. Auf die Erfahrungen mit den eingesetzten leichten Bauweisen wird ausführlich aus dem Blickwinkel des planenden Ingenieurs eingegangen.

Centre for Virtual Engineering of the Fraunhofer Institute in Stuttgart-Vaihingen. Light-weight reinforced concrete structures with large spans
The opened and transparent construction of the Centre for Virtual Engineering required the application auf light-weight structures with large spans. In the beginning the draft requirements are shown from the architect's viewpoint. Afterwards the steps from the architectural to the structural concept are described. In detail they dwell on the engineer's experience with the applied light-weight constructions.

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Im Turm- und Mastbau eingesetzte Bauteile sind oszillierenden Beanspruchungen unterlegen, die aus wechselnden Windeinwirkungen resultieren. Aus Gründen des Korrosionsschutzes werden für die in der Regel als Gitterfachwerk ausgebildeten Konstruktionen feuerverzinkte Stäbe verwendet, deren Löcher für die Schraubenverbindungen meistens gestanzt sind. Das Stanzen der Löcher und das Feuerverzinken wirken sich jedoch negativ auf die Ermüdungsfestigkeit der Stabnettoquerschnitte aus. Aus diesem Grund soll deren Ermüdungsverhalten durch geeignete Maßnahmen wieder auf den Stand von Schraubenverbindungen mit gebohrten Löchern gehoben werden. Um dieses Ziel zu erreichen, kommen hochfeste vorgespannte (HV-)Schrauben zum Einsatz, denn durch das Vorspannen der Schrauben mit Pressungen der Bauteile rechtwinklig zur Oberfläche reduzieren sich die Kerbspannungen am Lochrand, und es entsteht um das Loch herum eine geschützte Zone. Bei anschließender Längsbeanspruchung der Schraubenverbindungen werden dadurch der Rißfortschritt verzögert, die Ermüdungsfestigkeit erhöht und letztendlich die Bauteillebensdauer verlängert.

Stahlbauhohlprofile werden warm oder kalt hergestellt, was direkten Einfluß auf ihre Einstufung in die Knickspannungslinien nach DIN 18800 (11.90) und auch DIN V ENV 1993 (EC 3) hat. Gegenüber den warmgefertigten Profilen, die in die Knickspannungslinie a eingeordnet sind, müssen die kaltgefertigten Hohlprofile je nach verwendeter Berechnungsspannung mit den ungünstigeren Knickspannungslinien b oder c nachgewiesen werden. Diese Unterscheidung trägt den nach Stand der Technik beschriebenen verminderten plastischen Verformungsreserven und den inhomogenen Werkstoffeigenschaften der kaltgefertigten Hohlprofile Rechnung. Die ungünstigere Einstufung beruht auf einer Tragfähigkeitsbestimmung auf Grundlage nach Stand der Technik lediglich über den Umfang variierender und über die Wanddicke konstanter Streckgrenzen und Eigenspannungen. Für kaltgefertigte Hohlprofile aus Feinkornbaustahl ergibt eine genauere Betrachtung der Werkstoffeigenschaften, die zusätzlich eine Variation über die Wanddicke berücksichtigt, ein stabileres Tragverhalten, das eine günstigere Einordnung dieser Bauelemente in eine höhere Knickspannungslinie durchaus sinnvoll erscheinen läßt.

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Bei der GV-Verbindung des Montagetores konnte mit besonderen Maßnahmen sowie mit Hilfe des Höher-Anspannens der HV-Schrauben gegenüber den geforderten Werten nach DASt-Ri 010 ein Mangel, der an einem um ca. 10 % zu niedrigen Reibbeiwert der mehrfach behandelten Kontaktflächen lag, wettgemacht werden. Sorgfältigste Materialauswahl und Herstellung, zielgerichtete Fertigungssteuerung und lückenlose Feretigungskontrolle sicherten eine HV-Schraube M30 x 130 von höchster Qualität, die sich optimal im vorgesehenen Einsatz verhält. Mit wissenschaftlichen Methoden konnte festgestellt werden, daß dieses Produkt deutlich über den Mindestanforderungen der DIN 6914 für HV-Schrauben liegt und sehr geringe Streuungen der untersuchten Einzelwerte auftreten. Dank dieser Qualität verlief die Druckprobe des Reaktorsicherheitsbehälters erfolgreich.

Nominated for the Bernt Johansson Outstanding Paper Awards at Nordic Steel 2019
Over the past few decades, the cold-formed steel industry has developed a manufacturing technique for producing self-supporting arches from trapezoidal steel sheets. The press-forming procedure is based on introducing transverse corrugations into the main direction of the flat profile in order to bend it. The main problem is that these indentations, which are essential to curve the profile, change the effective properties of the original steel sheet. Currently, there is no design code or standardized test procedure that can be used to obtain the effective properties of the corrugated profile. This research project analyses the behaviour of the corrugated profile when it is subjected to pure compression and compares it with the behaviour of the flat profile.

Für den Ausfluß unter einer Planschütze wird ein Verfahren vorgestellt, das die Bestimmung der Ausflußwassermenge über zwei Druckmessungen ermöglicht. Grundlage des Verfahrens ist ein eindeutiger Zusammenhang zwischen dem Sohlendruck in Schützenebene und der Abflußmenge für den freien Ausfluß.

Existierende Modelle zur Bewertung der Dauerhaftigkeit von Stahlbetonbauten erlauben es, den durch den Zuverlässigkeitsindex charakterisierten grenzzustandsbezogenen Zustand des Bauwerks während der Nutzungsdauer zu prognostizieren. Ferner kann ein fester (Grenz-)Wert für die Zuverlässigkeit definiert werden, der sich auf eine maximal akzeptable Auftretenswahrscheinlichkeit eines ausgewählten (ungewollten) Ereignisses (Grenzzustand) bezieht. Je schlechter der Zustand, desto höher die zu erwartenden Instandsetzungskosten. Gelingt es, die zu erwartenden Instandsetzungskosten in Abhängigkeit vom Zuverlässigkeitsindex zu beschreiben, könnten so Instandsetzungszeitpunkte kostenoptimal festgelegt werden. Daher wurden Gutachten mit umfangreich dokumentierten Inspektionsergebnissen und zugehörigen Kosten durchgeführter Tiefgarageninstandsetzungen analysiert. Hauptursache für die Instandsetzungen war stets chloridinduzierte Bewehrungskorrosion. Es wurden drei Näherungsmethoden zur Abschätzung der Zuverlässigkeit an Stütz- und Wandfüßen verwendet und miteinander verglichen. Die so bestimmten Bauteilzuverlässigkeiten wurden dann mit den jeweils real angefallenen Instandsetzungskosten in Beziehung gesetzt. Auf Bauwerksebene konnte zunächst kein eindeutiger Zusammenhang zwischen Zuverlässigkeit und Instandsetzungskosten hergestellt werden. Auf Bauteilebene gelang dies jedoch bei einem Projekt. Dies liefert einen Ausgangspunkt zur kostenoptimierten Festlegung von Instandsetzungszeitpunkten.

Rehabilitation of parking garages - when and why?
Existing models for the evaluation of the durability of reinforced concrete structures allow to prognose the limit state condition of the structure during its service life by means of the reliability index. Furthermore, in the decision-making process, a fixed (limit) value for the reliability can be defined, which refers to a maximum acceptable probability of occurrence of a selected (undesirable) event (limit state). The worse the condition, the higher the expected rehabilitation costs. If it is possible to describe the expected rehabilitation costs as a function of the reliability index, the repair times can be determined in a cost-optimal way. Therefore, expert reports with extensively documented inspection results and associated costs of underground parking garage repairs were analyzed. The main cause of the repairs was in all cases chloride-induced reinforcement corrosion. Three approximation methods were used to estimate the reliability of column and wall bases and compared with each other. At the structure, i.e. object level, it was not possible to establish a clear relationship between reliability and repair costs. However, at the structural component level, this was achieved for a single project. This provides a starting point for cost-optimized determination of repair times.

Thermische Solaranlagen sind inzwischen ein selbstverständlicher Bestandteil der Haustechnik vieler Neubauten. Entsprechend sind in Deutschland bis Ende 2001 knapp vier Millionen Quadratmeter Solarkollektoren installiert worden, und zwar bei einer Zubaurate von zuletzt fast 1 Mio. m² pro Jahr. Die folgenden Ausführungen diskutieren die wesentlichen technischen Voraussetzungen für die Installation von Standardsolaranlagen, wie z. B. geeignete Zusatzenergieträger oder den Platzbedarf. Allgemein ist bei der Integration von Solaranlagen in bestehende Haustechniksysteme ganz besonders auf eine exakte Planung und eine gute Abstimmung der Komponenten zu achten.

Ein nach Südosten orientiertes zweistöckiges Mehrfamilienhaus wurde wärmetechnisch saniert. Neben Verbesserungen des Wärmeschutzes im Wand-, Decken- und Fensterbereich wurde die Südost- und Südwest Fassade mit Transparenten Wärmedämmsystemen (TWD-System) ausgerüstet. Gebäude und TWD-System waren experimentell auf ihr thermisches und energetisches Verhalten unter verschiedenen klimatischen Bedingungen zu untersuchen. Der Netto-Heizenergieverbrauch betrug in der Heizperiode 1990/91 40 kWh/m² . Die solaren Gewinne des TWD-Systems trugen zur Energiebilanz mit 22 % bei und bewirkten eine Heizenergieeinsparung von 12,7 kWh/m² Wohnfläche gegenüber einer Ausführung mit opaker Dämmung. Die Sonnenschutzmaßnahmen waren effektiv: es trat keine Überwärmung unter sommerlichen Bedingungen auf. TWD-Systeme lassen sich gut im Altbaubestand einsetzen.