Herrn Univ.-Prof. Dr.-Ing. Josef Hegger zu seinem Eintritt in den Ruhestand gewidmet
Zur Bestimmung der Querkrafttragfähigkeit von Stahl- und Spannbetonbauteilen ohne Schubbewehrung wurden zahlreiche Rechenmodelle entwickelt. Dabei gehen manche Ansätze davon aus, dass die einwirkende Querkraft im Wesentlichen über die Rissreibung abgetragen wird. Andere sehen die ungerissene Betondruckzone als maßgebenden Tragmechanismus an. Um diese Frage zu klären, wurden zehn Versuche mit Stahlbetonbalken ohne Bügelbewehrung durchgeführt. Hierbei lag der Schwerpunkt bei der genauen Aufzeichnung der Rissentwicklung sowie bei der Messung von Rissöffnung und -gleitung. Mithilfe konventioneller und moderner Messmethoden, wie der digitalen Bildkorrelation (DIC), wurde das Tragverhalten umfänglich aufgezeichnet und ausgewertet. Des Weiteren erfolgten eine Begutachtung der Rissoberflächen sowie eine Bestimmung der Rissreibungskräfte. Nach den durchgeführten Untersuchungen scheint die Rissreibung nur einen geringen Anteil der Querkraft aufzunehmen. Die Ergebnisse des Forschungsvorhabens liefern damit einen Beitrag zu einem besseren Verständnis des Querkraftabtrags in Stahlbetonbauteilen ohne Querkraftbewehrung.

Aggregate Interlock in critical shear cracks
Numerous models have been published for estimating the shear capacity of reinforced and prestressed concrete members without transverse reinforcement. Some approaches assume that the shear force is essentially carried by crack friction. Others consider the uncracked concrete compression zone as the governing load-bearing mechanism. To address this question, 10 tests were conducted on reinforced concrete beams without stirrups. The focus of the tests was to record crack development and to measure crack opening and crack sliding. Using conventional and modern measurement methods, such as digital image correlation (DIC), the load-bearing behavior was extensively recorded and evaluated. Furthermore, the crack surfaces were inspected and the shear friction was calculated. According to the conducted investigations, crack friction carries only a small proportion of the total shear force. The results of the research project thus contribute to a better understanding of shear force transfer in reinforced concrete members without shear reinforcement.

Herrn Univ.-Prof. Dr.-Ing. Josef Hegger zu seinem Eintritt in den Ruhestand gewidmet
Betonstahl in Ringen weist gegenüber konventionellem Bewehrungsstabstahl eine veränderte Rippengeometrie mit breiten Rippen auf, um eine möglichst verschleißarme Weiterverarbeitung mit Biege- und Richtprozessen zu ermöglichen. Die Kombination aus kleinen Rippenabständen und breiten Rippen führt zu einer reduzierten Verbundtragfähigkeit, obwohl die Bewehrungsstäbe eine große bezogene Rippenfläche aufweisen. Anhand einer experimentellen Studie mit Ausziehversuchen wurde der Einfluss der Rippengeometrie auf die Verbundtragfähigkeit von Betonstahl aus Ringen untersucht. An Betonstahl aus Ringen wurde dabei eine viel geringere Verbundtragfähigkeit im Vergleich zu konventionellem Bewehrungsstabstahl ermittelt. Bei der Überprüfung anhand einer Versuchsdatenbank mit Übergreifungs- und Verankerungsversuchen aus der Literatur wurde ein deutlicher Einfluss der Rippenhöhe und des Rippenabstands auf die Verbundtragfähigkeit festgestellt. Große Kopfbreiten der Rippen führten ebenfalls zu einer reduzierten Verbundfestigkeit. Im Gegensatz zu bisherigen Erkenntnissen war die versuchstechnisch ermittelte Verbundtragfähigkeit jedoch weitestgehend unabhängig vom Rechenwert der bezogenen Rippenfläche. Die Untersuchungsergebnisse zeigen, dass andere Parameter und Indikatoren den Rechenwert der bezogenen Rippenfläche sinnvoll ergänzen würden, um die Verbundfestigkeit von Betonstahl aus Ringen genauer zu beschreiben.

Influence of rib geometry on the bond strength of reinforcing steel from coils
Reinforcing steel in coils has a modified rib geometry with wide ribs compared to conventional rebars, in order to ensure proper bending and straightening. The combination of small rib spacing and wide ribs result in reduced bond strength even though the rebars have a large relative rib area. To meet this concern, an experimental study with pull-out tests was carried out to investigate the influence of rib geometry on the bond strength of reinforcing steel from coils. In pull-out tests, significantly lower bond strength was obtained with reinforcing steel from coils compared with conventional straight reinforcing bars. By analyzing a test database with lap splice and anchorage tests from literature, a noticeable influence of the rib height and rib spacing on the bond strength was found. In addition, large rib widths resulted in lower bond strength. Contrary to previous findings, the bond strength was mostly independent of the value of relative rib area. The findings of the investigations reveal that other parameters and indicators would complement the value of relative rib area in order to describe the bond strength of reinforcing steel from coils in a more accurate manner.

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Herrn Univ.-Prof. Dr.-Ing. Josef Hegger zu seinem Eintritt in den Ruhestand gewidmet
Moderne und wirtschaftliche Konstruktionen von Hochhäusern erfordern hochtragfähige Stützen, welche zusätzlich zur sicheren Bemessung auch architektonische, technische und wirtschaftliche Anforderungen erfüllen müssen. Aus einer Sichtung und Einordnung von Stützenkonzepten an ausgeführten Hochhäusern in Deutschland in Massivbauweise über die letzten 30 Jahre kann eine Optimierungsabfolge von “Beton” über “Bewehrung” zur “Fertigung” festgestellt werden. Die Auswirkungen der Optimierungsstrategien werden in einer qualitativen Potenzialanalyse unter den Aspekten “Tragfähigkeit, Robustheit, Bauzeit, Kosten und Nachhaltigkeit” anschaulich dargestellt und zeigen einen deutlichen Trend zu Fertigteilstützen aus hochfestem Beton mit hochfester Bewehrung und hohen Bewehrungsgraden (3H-Stützen). Aus weiter zunehmenden Anforderungen an die Nachhaltigkeit, aber auch zur Schließung von Regelungslücken bei modernen Hochhausstützen in den Normen ergeben sich aktuelle Fragestellungen. Hierzu werden Forschungsansätze und Lösungsvorschläge vorgestellt.

High-rise building columns in Germany - Potential analysis under consideration of sustainability
Modern and economical constructions of high-rise buildings require columns with high load-bearing capacity, which also meet architectural, technical and economic requirements in addition to the safe design. From a review and classification of column concepts on high-rise buildings in Germany in concrete construction over the last 30 years, an optimization sequence from “concrete” to “reinforcement” to “production” can be determined. The effects of the optimization strategies are presented in a qualitative potential analysis under the aspects “load-bearing capacity, robustness, construction time, costs and sustainability” and show a clear trend towards precast columns with high-strength concrete, high-strength reinforcement and high reinforcement degrees (3H-columns). From further increasing requirements for sustainability, but also for closing deficits in the standards in case of modern high-rise columns, current research issues arise. In this relation, research approaches and proposed solutions are presented.

Herrn Univ.-Prof. Dr.-Ing. Josef Hegger zu seinem Eintritt in den Ruhestand gewidmet
Erste Erkenntnisse zum Tragverhalten von Carbonbetonbauteilen unter einaxialer Druckbeanspruchung liegen bereits vor, für eine Anwendung in der Baupraxis sind jedoch vor allem mehraxiale Spannungszustände von großer Relevanz. Aus dem Stahlbetonbau ist bekannt, dass Querzugspannungen zu einer reduzierten Druckfestigkeit führen, wobei international noch keine Einigkeit über die tatsächliche Höhe der Abminderung besteht. In diesem Beitrag wird untersucht, unter welchen Randbedingungen Carbonbetonscheiben unter kombinierter Druck-Zug-Beanspruchung geprüft werden können. Dazu gehören die versuchstechnisch erforderliche Verankerung der Carbongarne bei begrenzten Platzverhältnissen sowie der Einfluss des Belastungsregimes - proportional oder sequentiell - und des Herstellungsverfahrens - laminiert oder gegossen - auf die Versuchsergebnisse. Abschließend wird ein Ausblick auf nachfolgend geplante Untersuchungen gegeben.

Influence of transverse tensile loads on the compressive strength of carbon reinforced concrete
Initial findings on the load-bearing behaviour of carbon reinforced concrete components under uniaxial compressive stress are available, however multi-axial stress states are of particular relevance for an application in construction practice. It is known from steel reinforced concrete constructions that transverse tensile stresses lead to a reduction in the compressive strength, although there is still no international agreement on the actual reduction. In this paper we investigate the boundary conditions under which carbon reinforced disc shaped specimens can be tested under combined compressive and tensile loading. This includes the anchoring of the carbon yarns required for the tests in limited space conditions as well as the influence of the loading regime - proportional or sequential - and the manufacturing process - laminated or casted - on the test results. Finally, an outlook on the following investigations is given.

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Persönliches:
Zwölf Fragen an Josef Hegger

Nachrichten:
Nachlese zur EUROCODE-Konferenz 2023 im DIBt - Gelungene Vorstellung der “zweiten Generation” der Eurocodes

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Zum Titelbild:
Der Beitrag “Automatisierte Schweißnahtnachbehandlung durch höherfrequentes Hämmern” befasst sich mit der gerätespezifischen Entwicklung einer robotergesteuerten Anwendung der HFH-Nachbehandlung mit dem HiFIT-Gerät sowie einer automatisierten Qualitätskontrolle (Beitrag: Wendler, L. et al., S. 418 ff.). Copyright: 2023 Hochschule München Institut für Material- und Bauforschung, Labor für Stahl und Leichtmetallbau

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Ein Korpus von ca. 90 Präsentationsmodellen im Sammlungsbestand der TU Bergakademie Freiberg bietet Anlass, einige zwischen 1969 und 1990 errichtete, ausgewählte Stahlleichtbautragwerke des vormaligen VEB Metalleichtbaukombinat (MLK) näher zu betrachten. Dabei handelt es sich um hallenartige Bauwerke, welche sowohl innerhalb der DDR errichtet worden waren als auch in den Export gelangten. Es werden die grundlegenden politischen Prämissen, unter denen der Stahlhochbau in der DDR wirtschaften musste, erläutert. Anhand von prägnanten Tragwerken, welche sowohl langlebig als auch als Unikat errichtet wurden, soll deren bewiesene Fähigkeit zur Weiterfunktion unter neuen Grundbedingungen dargestellt werden. Gerade diese Tragwerke eignen sich hervorragend dazu, den Nachhaltigkeitsaspekt im Stahlhochbau auch für Bauten dieser Epoche anzuwenden.

Für eine Schnellladestation am Produktionsstandort eines Sportwagenherstellers sollte eine Überdachung entwickelt werden, die neben der Funktion als Witterungsschutz das Image der Marke transportiert. Die bereits vorhandene technische Infrastruktur, also nicht überbaubare Starkstromtrassen sowie Bewegungs- und Wartungsräume der Ladesäulen, ließen nur wenige und v. a. unregelmäßige Auflagerpunkte und Stützenstellungen zu. Das Ergebnis des Entwurfsprozesses ist ein scheinbar schwebendes Dach, dessen Verkleidung einer Tragfläche nachempfunden ist, welche auf einer einzigen Endlosstütze aufgelagert wurde. Die Endlosstütze Spline, ikonografisch in Analogie einer zunächst einfach erscheinenden, aufgebogenen Büroklammer, gewährleistet durch die räumlichen Stützenstellungen und -neigungen sowohl die Einspannung des auskragenden Dachs als auch die globale Aussteifung. Unter Einsatz eines evolutionären Optimierungsalgorithmus wurde die Geometrie hinsichtlich größtmöglicher Effizienz unter Einhaltung der gegebenen geometrischen Restriktionen entwickelt. Innerhalb des parametrischen Strukturmodells erfolgte neben der Kontrolle und Analyse der statischen Performance auch die geometrische Durchbildung der gefrästen Kreisbögen an den Kopf- und Fußpunkten. Der gesamte Prozess von der Entwicklung und Variantenstudie über die Analyse und Dokumentation bis zur Fertigung fand somit in einer geschlossenen digitalen Prozesskette statt.

Fast-charging station Leipzig - the floating roof on a computer-generated endless support
For a fast-charging station at the production site of a sports car manufacturer, a roof was to be developed that would transport the image of the brand in addition to I function as weather protection. The existing technical infrastructure, i. e., power lines that could not be built over and movement and maintenance spaces for the charging columns, only allowed for a few and, above all, irregular support points and support positions. The design process results in a seemingly floating roof whose cladding is modelled on an aerofoil supported on a single endless column. The infinite support Spline, iconographically analogous to an initially simple appearing bent-up paper clip, ensures both the clamping of the cantilevered roof and the global reinforcement through the spatial support positions and inclinations. The geometry was developed using an evolutionary optimisation algorithm with the most outstanding efficiency while complying with the given geometric restrictions. Within the parametric structural model, in addition to the control and analysis of the static performance, the geometric implementation of the milled circular arcs at the head and foot points was also carried out. The entire process, from the development and variant study to the analysis and documentation to the production, thus took place in a closed digital process chain. Therefore, it was possible to achieve the design goal of contrasting a flat roof and a filigree support structure.

Die Wirksamkeit der Schweißnahtnachbehandlung durch höherfrequente Hämmerverfahren (HFH) zur Steigerung der Ermüdungsfestigkeit wurde bereits durch eine Vielzahl von Studien belegt. Durch die robotergesteuerte Anwendung der HFH-Verfahren soll die Schweißnahtnachbehandlung in den Herstellprozess automatisiert geschweißter Bauteile integriert werden können und ein wirtschaftlicher Einsatz der HFH-Behandlung innerhalb der Serienfertigung ermöglicht werden. Zudem kann eine automatisierte Qualitätskontrolle in den Nachbehandlungsprozess eingebunden werden, die eine genauere Vermessung der Nahtgeometrie als konventionelle Messmethoden ermöglicht. Dieser Beitrag befasst sich mit der gerätespezifischen Entwicklung einer robotergesteuerten Anwendung der HFH-Nachbehandlung mit dem HiFIT-Gerät sowie einer automatisierten Qualitätskontrolle. Anschließend wird die Verifizierung der Wirksamkeit der automatisierten HFH-Nachbehandlung anhand von Ermüdungsversuchen und der Vermessung der Eindruckgeometrie dargestellt.

Automated post weld treatment by High Frequency Impact Treatment
The effectiveness of post weld treatment by High Frequency Mechanical Impact Treatment (HFMI) to increase the fatigue strength has already been proven by numerous studies. An automated application of HFMI-treatment can be integrated in the manufacturing process of automated welded constructions and enables an economical use of HFMI-treatment within series production. Furthermore, an automated quality control can be embedded in a robot-controlled HFMI-process, which enables a more precise measurement of the weld geometry than conventional measuring methods. This article covers the device-specific development of a robot-controlled application of HFMI-treatment by the HiFIT-tool as well as an automated quality control. Following, the verification of the effectiveness of an automated HFMI-treatment by fatigue tests and the measurement of the geometry of the HFMI groove is presented.

Die Anwendung von Zuggliedern aus Carbon ist durch die außergewöhnlich gute Ermüdungs- sowie hohe Zugfestigkeit des Werkstoffs motiviert. Ferner ergibt sich gegenüber Stahl eine deutliche Reduzierung des Querschnitts. Perspektivisch sollen damit u. a. Stahlzugglieder im Netzwerkbogenbrückenbau ersetzt werden. Das Tragverhalten von Carbonzuggliedern im Brandfall ist jedoch bislang unbekannt. Daher wurden mittels Bauteilbrandversuchen die Versagensmechanismen untersucht sowie anhand gewonnener Versuchsdaten eine exemplarische Einschätzung zur Gleichwertigkeit gegenüber konventionellen Stahlzuggliedern vorgenommen. Der Beitrag beschreibt realmaßstäbliche Brandversuche an mechanisch belasteten Carbonzuggliedern, die im Rahmen des Verbundforschungsvorhabens NeZuCa durchgeführt wurden. Das Versuchsprogramm umfasste vier Carbonzugglieder mit kreisrunden Querschnitten in zwei verschiedenen Durchmessern, 36 mm und 51 mm. In Ermangelung eines präskriptiven Brandszenarios für den im Projekt vorgesehenen Anwendungsfall und aus Gründen der Vergleichbarkeit erfolgte die Brandbeanspruchung nach Einheitstemperaturzeitkurve (ETK). Neben den Längsverformungen der Zugglieder wurden auch die Bauteil- und Brandraumtemperaturen aufgezeichnet.

Fire testing of loaded carbon tension members
The application of carbon tension members is motivated by extraordinary well fatigue behaviour and high tensile strength of the material. Compared to steel, cross sections can be reduced. Steel tension members used for network arch bridges shall be replaced in perspective. The loadbearing behaviour of carbon tension members in case of fire is still unknown. Therefore, fire tests were performed to investigate the failure mechanisms. Based on the derived test data the comparability to conventional steel tension members was estimated. This paper describes real scale fire testing of mechanically loaded carbon tension members, carried out as a part of the joint research project NeZuCa. The test setup consisted of four carbon tension members with circular cross sections and diameters of 36 mm and 51 mm. In absence of a prescriptive fire scenario for the application case intended in the research project and to ensure comparability, a fire exposure according to standard temperature/time curve was chosen. The elongation of the tension members as well as the temperatures of the specimen and the furnace were recorded.

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Um eine ausreichende Verfügbarkeit der Brückeninfrastruktur gewährleisten zu können, werden Lösungen benötigt, welche den hohen Verkehrsbeanspruchungen dauerhaft zuverlässig standhalten und gleichzeitig durch Ressourcenschonung einen Beitrag zum Klimaschutz leisten können. Das Prinzip der Netzwerkbogenbrücke erlaubt effiziente und verformungsarme Brückentragwerke mit Spannweiten bis über 300 m unter Einsatz von schlanken, vorwiegend normalkraftbeanspruchten Haupttraggliedern. Der Einsatz des Hochleistungswerkstoffs Carbon (unidirektionale Carbon Fiber Polymer Composite, UD-CFPC) erlaubt eine äußerst leistungsfähige Leichtbaulösung für hoch beanspruchte Zugglieder und eröffnet zudem Einsparpotenziale im Primärtragwerk. Carbonzugglieder sind gegenwärtig nicht bauaufsichtlich geregelt. Als Grundlage für eine Zustimmung im Einzelfall (ZiE) wurden für erste Anwendungen durch den jeweiligen Bauherrn finanzierte projektspezifische Bauteilversuche herangezogen. Durch Bauteilversuche unter statischer und nicht ruhender Beanspruchung sowie ergänzende Untersuchungen sollen im Rahmen des Verbundforschungsvorhabens NeZuCa (Netzwerkbogenbrücken mit Zuggliedern aus Carbon) die Grundlagen für eine standardisierte und vereinfachte Anwendung der Technologie erarbeitet werden. In diesem Beitrag berichtet das Projektkonsortium über erste Ergebnisse. NeZuCa wird als Teil des Technologietransferprogramms Leichtbau (TTP-LB) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie gefördert und durch den Projektträger Jülich (PTJ) betreut.

Tension member made from carbon fiber polymer composite subject to static and fatigue loads - first results from joint research project NeZuCa
For high availability of bridge infrastructure, solutions are needed that can withstand high traffic loads reliably and contribute to climate protection through resource savings. The principle of the network arch bridge allows for efficient and low-deformation bridge structures with spans of over 300 m, using slender primarily axially loaded main members. The use of high-performance carbon materials (unidirectional carbon-fibre-reinforced polymers, UD-CFRP) allows for an extremely efficient lightweight solution for highly stressed tension members and offers potential savings in the primary structure. Carbon tension members are currently not regulated by building authorities. For the basis of an individual approval (ZiE), project-specific component tests financed by the respective client were used for initial applications. Within the framework of the joint research project NeZuCa (Network Arch Bridges with Carbon Tension Members), component tests under static and non-static loading conditions, as well as additional investigations, are conducted to establish the basis for a standardized and simplified application of the technology. This article presents the initial results reported by the project consortium. NeZuCa is supported by the Federal Ministry for Economic Affairs and Energy as part of the Lightweight Construction Technology Transfer Program (TTP-LB) and is supervised by the Project Management Agency Jülich (PTJ).

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Mit der Fertigstellung des neuen Schrottverladekrans am Werksgelände der Badischen Stahlwerke GmbH steht ein moderner Umschlagkran zum Schrott-Handling zur Verfügung. Mit einer Gesamtlänge von 100 m und einer Gesamthöhe von über 30 m besticht der Kran nicht nur optisch, sondern in vielen Bereichen mit außergewöhnlichen Detaillösungen. Der patentierte runde Hauptträger ist die sichtbarste Komponente, die neue Maßstäbe setzt. Doch auch andere Teile des Stahlbaus sowie die Maschinenkomponenten sind am Stand der Technik und runden Konstruktion und Funktion ab.

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Aktuelles:
Erzeugerpreisindex Stahl (2015 = 100)
Durchschnittliche BDSV-Lagerverkaufspreise für Stahlschrottsorten in Deutschland
Internationaler Ringversuch zu numerischen Schalenbeulsicherheitsnachweisen

Wettbewerbe:
Verleihung des Züblin-Stahlbaupreises 2023

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Zum Titelbild:
Beim modernen Oberbau mit lückenlos verschweißter Schiene entstehen auf Brücken durch die Interaktion mit dem Bauwerk höhere axiale Beanspruchungen der Schiene als auf dem Damm. Beim Schotteroberbau gilt es, die Druckkräfte in der Schiene zu begrenzen, um Gleisverwerfungen zu vermeiden. Dazu wurden in den 1980er-Jahren umfangreiche Untersuchungen durchgeführt. Bei der Festen Fahrbahn liegen jedoch keine Erfahrungen zum Verhalten unter großen Druckkräften vor und der erhöhte Grenzwert von 92 MPa beruht auf keiner wissenschaftlich nachvollziehbaren Basis. Für den Fall der EÜ Itztal auf der Neubaustrecke Ebensfeld-Erfurt konnte der Nachweis der zusätzlichen Druckspannungen mit dem Grenzwert von 92 MPa nicht erbracht werden. Um fallspezifisch einen neuen Grenzwert festlegen zu können, wurden Untersuchungen vorgenommen, die in dem Aufsatz von Johannes Diers et al. (S. 463 ff.) vorgestellt werden.
Quelle: Marc Wenner