Im Gespräch:
Brücken weiterbauen: Eisenbahnbrücke Lange-Feld-Straße in Hannover

Aktuelles:
Durchschnittliche BDSV-Lagerverkaufspreise für Stahlschrottsorten in Deutschland

Wettbewerbe:
Fuß- und Radwegbrücke in Darmstadt mit Anerkennung beim Deutschen Architekturpreis 2021

Tagungen & Veranstaltungen:
STCO Online Live Seminar #3 Introduction to parametric design of steel structures
3. Symposium Ingenieurbaukunst - Design for Construction am 18. November 2021 in Frankfurt

Einen Besuch wert:
Actelion Business Center Basel

ÖSTV NEWS:
BIM-Positionspapier des Österreichischen Stahlbauverbandes
Baustellenhandbuch “Montagehinweise in der Dübeltechnik - Befestigungstechnik”
Neuauflage der Richtlinie “Offene Parkdecks”

SZS STEEL NEWS:
Stellweek

Persönliches:
Locken aus Stahl: Bauingenieurin Lamia Messari-Becker

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In diesem Beitrag werden zwei verschiedene Methoden zur Berechnung der dynamischen Antwort von einfeldrigen Balkenbrücken mit innerer Dämpfung unter einer Folge von Einzelkräften vorgestellt. Bei der ersten Methode, der “Impulsmethode”, wird der aus der Belastung entstehende effektive Impuls mit einfachen analytischen Funktionen angenähert. Die Brücke wird entsprechend der Modalanalyse auf modale Einfreiheitsgradsysteme reduziert. Für dieses vereinfachte System aus Belastung und Brücke können geschlossene Formeln zur Beschreibung der Schwingungsantwort angegeben werden, was am Beispiel des Lastmodells HSLM-A1 nach Eurocode 1 (EC1) gezeigt wird. Bei der zweiten Methode wird das in der Baudynamik vielfach bewährte Antwortspektrenverfahren auf die vorliegende Problemstellung angewendet. Es wird die Berechnung von Antwortspektren für Balkenbrücken unter den Lastmodellen HSLM-A erläutert. Ein Beispiel zeigt, wie diese Methode angewendet wird.

Dem Anlaß des Themenheftes entsprechend werden die wichtigsten Beiträge Klöppels zum Stahlleichtbau vorgestellt. Es folgt eine kurze Entwicklungsgeschichte der Verallgemeinerten Technischen Biegetheorie (VTB). Anwendungen der VTB werden gezeigt aus den Gebieten Profilverformung (Bindebleche, Kaltprofilpfetten und Trapezbleche), Stabilität (Beul- und Traglasten bestimmter Querschnitte) und dünnwandige Zylinder (Anschlußsteifigkeit und Beulen).

Für das Stegblech eines I-Trägers werden Beulwerte mitgeteilt. Der Träger wird an einem Längsrand durch eine unsymmetrisch angreifende, quergerichtete Einzellast belastet. Der Spannungsverlauf wird jeweils durch eine Scheibenberechnung mit Hilfe eines Reihenansatzes für die Airysche Spannungsfunktion ermittelt. Das Beulproblem wird nach der linearen Beultheorie unter Benutzung der Energiemethode gelöst. Die Beulfläche wird durch Fourierreihen beschrieben.

The paper presents a description of the construction elements of the Gdynia Seaport main hall dome. Firstly, it provides information about the technical condition of the dome's structure. Secondly, it examines the strength analysis of the thin-walled reinforced concrete dome covering. Throughout the last 80 years the building has been exposed to an unfavourable marine climate. The analysis of the state of stress and deformations of several construction elements was carried out using a special model worked out with help of the FEM considering the combination of loads: deadweight, wind and snow, as well as the additional combination: deadweight and hurricane wind of velocity 200 km/h(55.5 m/s). The computed results of static quantities were also obtained according to F. Dischinger's method, which was used in design of the RC Gdynia Seaport dome in 1932. The computational analysis and the assessment of the technical state made it possible to make a decision concerning further safe operation of the building.
To sum up, it can be concluded that the results obtained with the FEM analysis, together with the analysis of the technical state of the 80-year-old dome, made it possible to carry out an assessment of the factor of safety of the dome's reinforced concrete elements. That in turn made it possible to come to a decision on the possibility of its further operation without causing any major local damage. What is more, it confirmed that it was permissible to construct a new dome after the tearing-down of the old one.

Der Aufsatz bietet eine Übersicht über aktuelle Methoden der Datenintegration, künstlichen Intelligenz (KI), Optimierung und Regelungstechnik und ihre (potenziellen) Anwendungen in Gebäudeplanung und Bau. Die Übersicht behandelt sowohl symbolische KI-Methoden als auch subsymbolische KI-Methoden bzw. maschinelles Lernen. Der Aufsatz stellt diese Methoden im Kontext von Anwendungsbeispielen vor, die einen Einblick in aktuelle Forschungsprojekte des Exzellenzclusters “Integratives computerbasiertes Planen und Bauen für die Architektur” an der Universität Stuttgart bieten: (1) Datenintegration zur Verknüpfung von Datensilos in Planungs- und Bauprozessen, (2) Wissensgraphen zur Wissensrepräsentation in multidisziplinären Planungsprozessen, (3) automatisierte Planung zur Planung und Verteilung von Bauaufgaben, (4) überwachtes Lernen zur Abschätzung von aufwendigen Simulationen wie Gebäudeenergiebedarf oder des Verhaltens von natürlichen Materialien wie Holz, (5) unüberwachtes Lernen zur Visualisierung von Optimierungsergebnissen, (6) bestärkendes Lernen zum Bauen mit Fasern und Bambus, (7) simulationsbasierte Optimierung für klimafreundliche Gebäudeplanung und (8) Regelungstechnik zur Steuerung von z. B. Baurobotern. Der Aufsatz kommt zu dem Schluss, dass integratives computerbasiertes Planen und Bauen die Kooperation von Menschen, Material und Maschinen erfordert und dass KI - anstatt Bauplanungs- und Bauprozesse lediglich zu automatisieren - diese Kooperation moderieren kann.

AI for AEC
The article surveys current methods of data integration, artificial intelligence (AI), optimization, and control and their (potential) applications in architecture, engineering and construction. The survey includes symbolic AI-methods as well as subsymbolic AI methods, i. e., machine learning. The article presents these methods in the context of applications that provide insight into current research projects at the Cluster of Excellence “Integrative Computational Design and Construction for Architecture” (IntCDC) at the University of Stuttgart: (1) Data integration to link data silos in design and construction processes, (2) knowledge graphs to represent knowledge in multidisciplinary design processes, (3) automated planning for scheduling and distribution of construction tasks, (4) supervised learning to estimate the results of expensive building simulations such as operational energy or of the behavior of natural materials such as wood, (5) unsupervised learning to visualize optimization results, (6) reinforcement learning for building with fibers and bamboo, and (8) control for construction robotics. The article concludes that integrative computational design and construction requires the cooperation of humans, material, and machines, and that AI - instead of merely automating design and construction processes - can moderate this cooperation.

Neue Entwicklungen und umgesetzte Verstärkungsmaßnahmen zeigen das Potenzial von Carbonbeton für die Ertüchtigung von Brücken im Bestand. Im Jahr 2020 wurden zunächst zwei Brückenbauwerke im Zuge der BAB A 648 mit Carbonbeton verstärkt. Im Jahr 2021 wird das dritte Teilbauwerk ebenfalls mit Carbonbeton verstärkt. Planung und Konzeption der Verstärkungsmaßnahme mit Carbonbeton zur Sicherstellung eines ausreichenden Ankündigungsverhaltens bei Spannungsrisskorrosion sind Gegenstand des Beitrags. Aufgrund der besonderen Konstruktionsform des Tragwerks kamen im Hinblick auf die Untersuchung des Ankündigungsverhaltens erweiterte Rechenmethoden zum Einsatz. Das Tragwerk mit kurzen Endfeldern ist repräsentativ für zahlreiche Bauwerke im Bestand. Aufgrund der ungünstigen Stützweitenverhältnisse ergeben sich bei der Anwendung der sog. Handlungsanweisung Spannungsrisskorrosion für Straßenbrücken rechnerische Defizite bzw. Anwendungsgrenzen bei den Verfahren. Für den vorliegenden Fall wurde daher eine Monte-Carlo-Simulation zur Untersuchung des Ankündigungsverhaltens durchgeführt und in Verbindung mit einer Verstärkungsmaßnahme mit Carbonbeton auch sichergestellt. Der vorliegende Beitrag fasst die rechnerische Vorgehensweise zusammen und zeigt die planerische Umsetzung der Verstärkungsmaßnahme.

Strengthening of a pre-stressed concrete bridge by using carbon reinforced concrete - extended methods regarding the crack-before-failure-criteria of bridges with pre-stressing steel which is vulnerable to stress corrosion cracking
New developments in the field of carbon reinforcement and realized strengthenings with carbon reinforced concrete have shown the potential of this method for existing bridges. In 2020, two bridge structures on the A 648 highway were initially strengthened with carbon reinforced concrete. In 2021, the third bridge superstructure will be reinforced with carbon reinforced concrete, too. Concept and development of the strengthening with carbon reinforced concrete to ensure the “crack before failure criteria” in case of stress corrosion cracking are the subject of the paper. Due to the special layout of the structure, advanced computational methods were used to investigate the “crack before failure criteria”. The superstructure with short end spans is representative for a lot of existing structures. Regarding unfavorable span conditions, the application of the german guidelines (Handlungsanweisung Spannungsrisskorrosion) for road bridges result in computational deficits or application limits for the methods. For the present case, therefore, a Monte-Carlo simulation of the load bearing behavior was carried out to ensure sufficient “crack before failure behaviour” by means of strengthening with carbon reinforced concrete. This article summarizes the computational procedure and shows the concept of the strengthening with carbon reinforced concrete.

Hochfeste und ultrahochfeste Stahlfaserbetone eignen sich aufgrund ihrer Eigenschaften für den Einsatz bei extremen mechanischen Beanspruchungen. Das für diesen Einsatz erforderliche duktile Bruchverhalten unter Zugbeanspruchung wird ausschließlich durch die Zugabe von geeigneten Stahlfasern und deren Wirkung in der Zementsteinmatrix erreicht. Für eine gezielte stoffliche Optimierung des Systems sind fundierte Kenntnisse zur Wirkungsweise der Stahlfasern notwendig, die bei bisherigen Untersuchungen lediglich auf Basis von klassischen Messverfahren zerstörender Prüfungen gewonnen wurden. Durch das Einbeziehen von Methoden der zerstörungsfreien Materialcharakterisierung können das Bruchverhalten hochfester und ultrahochfester Stahlfaserbetone orts- und zeitaufgelöst untersucht und die einzelnen Phasen des Schädigungsprozesses identifiziert werden.
Anhand der vorliegenden Ergebnisse von Zugversuchen eines ultrahochfesten Stahlfaserbetons wird der kombinierte Einsatz von Methoden der zerstörungsfreien Materialprüfung gezeigt und deren Anwendbarkeit in der Analyse des Bruchverhaltens diskutiert. Das Hauptaugenmerk liegt dabei auf der Charakterisierung der ausschlaggebenden Versagensmodi unter Zugbelastung durch die einzelnen Verfahren und dem Vergleich zu klassischen Messmethoden (z. B. Extensometer). Die Zugversuche wurden dazu parallel durch optische Verformungsanalyse mittels Bildkorrelation (DIC), Schallemissionsanalyse (SEA) und 3-D-Computertomografie (CT) begleitet.

Methods for analyzing the fracture behavior of high-strength steel fiber-reinforced concretes
High-strength and ultra-high strength fiber-reinforced concretes are most suitable for applications with extreme mechanical loads. These extreme conditions require a ductile behavior under tensile loading, which is obtained solely by the addition of steel fibers and their working mechanism. Profound knowledge on the working mechanism of the steel fibers is necessary for optimizing this material. Usually, this knowledge is obtained by means of classical measuring techniques of destructive tests. Adopting measuring techniques from non-destructive material testing helps to analyze and to identify the different stages of the fracture mechanism of high-strength and ultra-high strength fiber-reinforced concretes in detail.
The application of different non-destructive measuring techniques is shown exemplary on tensile tests conducted on an ultra-high strength fiber-reinforced concrete and its applicability for analyzing the fracture behavior is discussed. The main focus is on the characterization of the relevant failure modes under tensile loading by the different measuring techniques and the comparison with classical measuring techniques (e. g. extensometer). The tensile tests have been analyzed by optical deformation measurements using digital image correlation (DIC), acoustic emission analysis (AE), and 3D computed tomography (CT).

Das Beschichten von Betonbauteilen ist seit Jahrzehnten ein allgemein anerkanntes Verfahren zur Sicherstellung der Dauerhaftigkeit der Konstruktion und zur Erhöhung des Verschleißwiderstands. In der Praxis können bei Beschichtungen nutzungsbedingt verschiedene Schadensbilder auftreten, die die Gebrauchstauglichkeit des Bauwerks sowie dessen Dauerhaftigkeit einschränken.
Bei befahrbaren Beschichtungen ist die Verschleißbeanspruchung durch den Fahr- und Parkbetrieb die im Wesentlichen die Dauerhaftigkeit beschränkende Beanspruchung. Die Prüfung des Verschleißes von befahrenen Beschichtungen erfolgt zurzeit mit Verfahren, die die tatsächliche Beanspruchung derartiger Beschichtungen in Parkbauten nicht realitätsnah simulieren, da diese aus dem Bereich textiler Bodenbeläge bzw. Estriche entliehen sind. Die grundsätzliche Bewertung eines Beschichtungssystems auf Basis der derzeit für diese Bauteile genormten Prüfverfahren nach DIN V 18026 Oberflächenschutzsysteme für Beton aus Produkten nach DIN EN 1504-2 muss infrage gestellt werden, da zum einen die zu prüfenden Proben wesentlich vom vorgegebenen und üblichen Aufbau abweichen und zum anderen die im Rahmen der Prüfung angesetzten Beanspruchungen im Vergleich zur Praxis deutlich geringer sind. Dies wird durch die Erfahrungen der Praxis bestätigt, da es z. T. schon nach kurzer Nutzungszeit zu erheblichen Schäden durch Abnutzung kommen kann.
Um die notwendige Anwendungssicherheit zu schaffen, wird an der TU Kaiserslautern gemeinsam mit dem Projektpartner Bilfinger Construction GmbH in einem durch das Bundesamt für Bauwesen und Raumordnung (BBR) geförderten Forschungsvorhaben ein neues Prüfverfahren qualifiziert, das in der Lage ist, Oberflächenschutzsysteme für den Anwendungsfall “befahrene Parkdecks” zielsicher zu bewerten.

Development of abrasion tests for surface protection systems close to reality
Coating of concrete components has been a generally approved method for ensuring the durability of constructions and to increase the abrasion resistance for decades. In practice, different types of damage can occur in coatings, which restrict the usability of buildings as well as their durability.
The factor limiting the durability of the coatings of parking decks is mainly the wear stress caused by driving and parking. The testing of wear caused by traffic is currently done with procedures that do not simulate the actual stress of such coatings in car parks. They are borrowed from the field of textile floorings or screeds. The suitability of surface protection systems with the standardized test methods has to be questioned, because the samples deviate importantly from the construction predetermined by the general building certificate of compliance. Apart from that the stress during the test procedure is less than the stress in practice. This is confirmed by practical experience, since considerable damage can be found in a short time of use.
To achieve the necessary application security, a new test method is qualified at the University of Kaiserslautern in cooperation with the project partner Bilfinger Construction GmbH. The research project, which is promoted by the Federal Office for Building and Regional Planning (BBR), is capable to unerringly assess surface protection systems for parking decks.

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Die Bestimmung der Tragfähigkeit von Bauteilen aus S 460 im Brandfall auf der Grundlage vereinfachter oder allgemeiner Berechnungsverfahren entsprechend EN 1993-1-2 erfordert die Kenntnis der mechanischen Eigenschaften des hochfesten Feinkornbaustahls unter erhöhten Temperaturen. Hierzu wurden Untersuchungen an Probestäben aus einem normalisierend gewalzten S 460 N und einem thermomechanisch gewalzten S 460 M durchgeführt. Beide Stahlsorten unterscheiden sich sowohl in ihrer chemischen Zusammensetzung als auch in der Temperaturführung beim Walzen. Auf der Grundlage instationärer Warmkriechversuche wurden Werkstoffgesetze für den Temperaturbereich von 20 bis 900 °C hergeleitet. Die Untersuchungen zeigen eine im Vergleich zu S 460 N erhöhte Festigkeit des S 460 M bei hohen Temperaturen. Diese ist zurückzuführen auf die durch das thermomechanische Walzen verursachte Verfestigung und die Verringerung der Kriechgeschwindigkeit durch Niob- und Titanausscheidungen. Beim Vergleich der Ergebnisse mit den in EN 1993-1-2 für S 460 angegebenen Werkstoffgesetzen erkennt man, dass diese sowohl die Festigkeit als auch die Steifigkeit des untersuchten S 460 N überschätzen.

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