The contribution takes a glance at the application of BIM technologies in the design and construction phases of shield tunnelling projects. The intention is to show how Building Information Modelling can be translated into actual benefit, not only in the operation phase but also in the design and construction phases of bored tunnels. Emphasising the integrative character of referencing data uniformly in space and time, examples are given of seamless communication between 3D geometrical modelling, efficient numerical simulation and model adaptation based on measured data acquired during the boring process. The article covers the complete range from predesign through structural analysis and detailed design until the actual excavation process including its interactions with the environment. Special emphasis is given to data management, which is the key to transforming a mere 3D visualisation into a Building Information Model. The article therefore presents a concept for database-supported, web-based integration of software modules for geometrical modelling in various levels of detail, efficient numerical simulation tools that are based upon this representation, and process controlling that manages all data acquired during the construction process in a spatially and temporally coordinated reference system.
Der Beitrag wirft einen praxisorientierten Blick auf den Einsatz von BIM-Technologien in der Planungs- und Bauphase von maschinell vorgetriebenen Tunnelbauwerken. Dabei wird aufgezeigt, wie sich Building Information Modelling in einen direkt nutzbaren Mehrwert nicht nur im Betrieb von Tunneln, sondern auch bei der Planung und während des Vortriebs umsetzen lässt. Den integrativen Charakter von einheitlich referenzierter Datenhaltung betonend, gibt der Artikel Beispiele für die nahtlose Kombination von 3D-Geometriemodellierung, effizienter numerischer Simulation und messdatenbasierter Modellanpassung. Dabei wird der Bogen über die Entwurfsplanung, die statische Berechnung und die Ausführungsplanung bis zum Vortrieb und dessen Interaktion mit der Umgebung geschlagen. Besonderes Augenmerk wird dabei auf das Datenmanagement gelegt, das aus einer reinen dreidimensionalen Visualisierung ein echtes Informationsmodell macht. Dazu wird ein Konzept zur datenbankgestützten und webbasierten informationellen Integration von Softwaremodulen zur geometrischen Modellierung in multiplen Detailstufen, zur darauf aufbauenden effizienten numerischen Simulation des Vortriebsprozesses und seiner Interaktionsprozesse sowie des Prozesscontrollings mit Integration aller während des Schildvortriebs anfallenden Daten in einem räumlich und zeitlich koordinierten Referenzsystem vorgestellt.

Roads in the municipal Berchtesgaden are among the traffic infrastructure in Germany most highly endangered by natural hazards. Landslide, avalanche, rockfall and debris flow events led to repeated accidents and road closures. In order to improve the safety of main roads, a three-stage approach has been introduced by the responsible road authority, especially in the light of finding the most suitable and sustainable solutions quickly. The first stage was a systematic spatial detection and delineation of all risk areas, as well as assessment of the level of risk and the resulting urgency. Based on this assessment, a more detailed investigation was conducted, leading to the development of tailored protection concepts. The main criteria for the entire design phase of any measure have always been the necessary level of protection, reasonable costs and environmental compatibility. Matching all these requirements is critical for rapid construction and therefore a reasonable use of resources. A good example of this approach is the integral protection concept for the B 21 main road with its central structure of a multifunctional protection gallery near Baumgarten. This has been completed recently, and several other projects are currently under construction.
Die Straßen im Landkreis Berchtesgadener Land zählen zu den am stärksten durch Naturgefahren gefährdeten Strecken in Deutschland. Rutschungen, Lawinen-, Steinschlag- und Murereignisse führen hier immer wieder zu Unfällen und Straßensperrungen. Um die Sicherheit auf den überregionalen Straßen bestmöglich, nachhaltig und schnell zu verbessern, wurde vom zuständigen Staatlichen Bauamt eine dreistufige Vorgehensweise eingeführt. Sie soll helfen, Mittel gezielt einzusetzen, Maßnahmen an den dringendsten Punkten zu realisieren und langwierige, teure Fehlplanungen zu vermeiden. Erster Schritt war die räumliche Erfassung und Abgrenzung aller Gefahrenbereiche sowie die Beurteilung des jeweiligen Risikos und der daraus resultierenden Dringlichkeit. Erst nach dieser Bewertung konnten in einem nächsten Schritt vertiefte Untersuchungen stattfinden und mit der Entwicklung von Schutzkonzepten begonnen werden. Entscheidend für die Umsetzung einer Maßnahme sind dabei die Schutzwirkung, die Wirtschaftlichkeit und die Umweltverträglichkeit einer Planung. Ein gutes Beispiel für diese Vorgehensweise ist das derzeit in Bau befindliche integrale Schutzkonzept an der Bundesstraße 21 mit seinem zentralen Bauwerk, der multifunktionalen Schutzgalerie bei Baumgarten.

Das Befahren unbefestigter Straßen führt in trockenen Perioden zu unerwünschter Staubbildung mit negativen Folgen bzgl. der Verkehrssicherheit. Bei stärkeren Regenereignissen kann eine unzureichende Oberflächenversiegelung zu Erosion und Straßenunebenheiten führen. Eine kostengünstige und bewährte Stabilisierungsmaßnahme ist der Zusatz von Kalkhydrat. Ein natürlich anstehender bindiger Boden wurde durch Kalkzugabe verbessert und hinsichtlich Tragfähigkeit und Quellpotenzial untersucht. Ein neuer, selbst entwickelter Radversuchsstand für terramechanische Anwendungen wurde zur Quantifizierung des erhöhten Abriebwiderstands bei Beanspruchung des Bodens durch ein drehendes Modellrad eingesetzt. Die Studie bestätigt die signifikante Verbesserung infolge der Bindemittelzugabe. Eine Gleichung zur ersten Abschätzung der Radeinsenkung als Funktion der Radübergänge wird aus den Ergebnissen hergeleitet.

Assessment of abrasion resistance of improved soils in single wheel tester.
Driving on unpaved roads during dry periods may lead to unwanted dust formation with negative consequences for traffic safety. In case of stronger rain events, insufficient surface sealing can cause erosion and uneven road surface. A cost-effective and proven stabilization countermeasure is the addition of hydrated lime. A naturally occurring cohesive soil was improved by lime addition and examined with respect to bearing strength and swelling potential. A new, self-developed wheel test rig for terramechanical applications was used to quantify the increase in abrasion resistance when soil is loaded by a rotating model wheel. The study confirms the significant improvement effect of binder addition. An equation for the rough estimation of the wheel indentation as a function of the number of wheel revolutions is derived from the results.

The article revisits the classic problem of tunnel face stability with special emphasis on the effect of horizontal stresses. These are important for shear resistance and thus also for the equilibrium of the potentially unstable body in front of the tunnel face, but they also present the difficulty of static indeterminacy. Starting from the computational model of Anagnostou and Kovári, an alternative model is presented, which is based on the so-called method of slices, and is consistent with silo theory, but does not need an a priori assumption as to the distribution of horizontal stress. In addition, a simple design equation for estimating support pressure under this model is presented and the results of comparative analyses concerning the average stresses in the wedge and the effects of shear resistance at the lateral slip surfaces are shown. The analytical results obtained by the method of slices agree very well with published results of numerical analyses and physical tests.

Beitrag der räumlichen Tragwirkung zur Stabilität der Tunnelbrust.
Der vorliegende Artikel untersucht das klassische Problem der Stabilität der Ortsbrust unter besonderer Beachtung der Horizontalspannungen. Letztere sind zwar sehr wichtig für den Gleitwiderstand und somit auch für die Stabilität von potenziellen Bruchkörpern, können aber nicht allein aufgrund von Gleichgewichtsbetrachtungen ermittelt werden. Im Beitrag wird eine Berechnungsmethode vorgestellt, die das Berechnungsmodell nach Anagnostou und Kovári insofern verbessert, dass sie keine a priori Annahme über die Verteilung der Spannungen im keilförmigen Bruchkörper vor der Ortsbrust benötigt und auf konsistente Weise das Gleichgewicht im Keil und im darüber liegenden prismatischen Bruchkörper analysiert. Basierend auf der Lamellenmethode wird eine einfache Bemessungsformel aufgestellt und der Einfluss der horizontalen Verspannung auf den erforderlichen Stützdruck der Ortsbrust aufgezeigt. Die Modellprognosen stimmen mit veröffentlichten Ergebnissen von numerischen Spannungsanalysen sowie mit Versuchsresultaten gut überein.

While new buildings or appropriately carried out refurbishment can already show considerable potential for the reduction of greenhouse gas emissions with the available technology and definite measures, a certain “last mile” problem would arise if the requirements were made increasingly stringent toward zero-energy building: the more saved in the overall balance, the more laborious are the measures that have to be introduced.
Using the example of a typical detached house, this article evaluates variants for the building envelope and building supply systems from the viewpoints of energy-saving and economy, and derives the possible consequences for future requirements and the arrangement of the framework conditions.

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Mit einem hochfrequenten Hämmerverfahren kann die Ermüdungsfestigkeit der Schweißnähte grundsätzlich nur gesteigert werden, wenn die Nahtübergänge dafür maßgebend sind. Zum Beispiel ergibt sich bei einseitig geschweißten Stumpfstößen keine signifikante Steigerung der Lebensdauer, weil sich die ermüdungskritische Stelle an die unbehandelte Nahtwurzel verlagert. Im vorliegenden Beitrag wird über Ergebnisse von experimentellen und numerischen Untersuchungen an un- und nachbehandelten Schweißverbindungen berichtet. Die Experimente erfolgten an stumpf geschweißten Stahlblechen, die anschließend an den Nahtübergängen mit einem hochfrequenten Hämmerverfahren nachbehandelt wurden. Die Schweißversuche dienten ferner als Verifikation für numerische Schweißsimulationen, die mit einem Hämmerprozess gekoppelt wurden. Ziel der Untersuchungen war es, die Effekte des Hämmerns zu erfassen, um hinsichtlich der Lebensdauer den Unterschied zwischen un- und nachbehandelten Schweißverbindungen numerisch aufzuzeigen. Dafür wurden das Kerbdehnungs- und Rissfortschrittskonzept in die Schweißsimulation implementiert, womit lokale Ermüdungsberechnungen im FE-Modell möglich waren. Letztendlich liegen als Ergebnis nicht nur Spannungsplots, sondern auch Ermüdungsplots für die gesamte Schweißkonstruktion unter Berücksichtigung der Effekte des Schweißens und Hämmerns vor.

Numerical welding simulation coupled with a hammer peening procedure and local fatigue assessments.
Due to the post weld treatment the fatigue strength of welded joints can be enhanced in principal, if the weld toes are the most critical hot spots. But the fatigue life can not be increased significantly when the crack initiation starts at the untreated weld root. This paper provides detailed information about experimental and numerical investigations of an arc welding process followed by a process of hammer peening. The experiments were carried out on steel plates with single side butt welds. After welding the weld toes were treated by highfrequency hammer peening. However, the welding and fatigue tests were used as verifications for numerical welding simulations coupled with a hammer peening procedure and local fatigue calculations. The objective was to analyze the difference in fatigue strength between as welded and treated conditions. Therefore the change of residual stresses and notch geometry are the most important effects on the fatigue life for welded joints with and without post weld treatment. Within a fatigue tool the residual stresses and geometry of the notch can be considered in numerical simulations with local fatigue approaches. The total fatigue life was assessed by adding crack initiation life calculated with notch strain approach and crack propagation life calculated with crack propagation approach. Finally the coupled simulation provides not only stress plots but also fatigue plots for the whole welded joint under consideration of as welded and treated conditions after hammer peening.

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Regen-Wind-induzierte Schwingungen (RWIS) können bei gleichzeitigem Auftreten von Regen und Wind entstehen. Betroffen sind vor allem geneigte Seile von Schrägseilbrücken, geneigte Hänger von Bogenbrücken oder die Pardunen abgespannter Maste. Auf der Oberfläche dieser Bauteile läuft das Regenwasser, bedingt durch Schwerkraft und Wind, in Form kleiner Rinnsale herunter. Diese Rinnsale stören die Umströmung des in trockenem Zustand zylindrischen Querschnitts und verursachen eine veränderte, unsymmetrische Winddruckverteilung, die zu periodischen, schwingungsanregenden Kräften führt. Durch die Bewegung des Seils und durch die Windkräfte ist die Lage der Rinnsale auf der Seiloberfläche aber auch selbst periodisch veränderlich. Diese Konstellation kann zu aeroelastischer Anregung mit großen Schwingungsamplituden führen. RWIS können die Lebensdauer der betroffenen Bauwerke erheblich herabsetzen, da die Einsetzgeschwindigkeiten für RWIS deutlich unterhalb der Bemessungswindgeschwindigkeit liegen und somit eine relativ große Eintretenswahrscheinlichkeit haben. Im vorliegenden Report werden die bisherigen Erkenntnisse zu RWIS zusammengetragen und kommentiert.

Die Untersuchung des Tragverhaltens der Binderseilklemmen und der Netzseilklemmen im Rahmen der Zustimmung im Einzelfall erforderte Bauteilversuche, deren Ziel die Festlegung der notwendigen Klemmkräfte zur Übertragung der erforderlichen Grenzgleitkräfte war. Dabei wurde der Unterschied der Seilkräfte beim Auftreten der maximalen Differenzkraft zu denen beim Vorspannen der Schrauben berücksichtigt und der zeitliche Klemmkraftabfall bestimmt.

Der mehrgeschossige Neubau der Siemens Verkehrstechnik AG in Berlin-Treptow stellt eine gelungene Mischung aus Architektur und feuerbeständiger Verbundkonstruktion dar. Wegen der geforderten Flibilität in der Nutzung mußten Spannweiten von 14,4 m mit einer Verbundkonstruktion überbrückt werden. Dabei wurde besonderer Wert auf die architektonische Gestaltung aller Knotenpunkte und Anschlüsse gelegt.

Several national design standards allow the use of hollow sections with minimum nominal wall thicknesses down to 1.5 mm. However, the international standards that will be used in the future, based on the work of the International Institute of Welding (IIW-XV-E), still prescribe a minimum thickness of 2.5 mm. This paper presents the background to the IIW-XV-E higher thickness limit and presents strong arguments for extending the scope of these international standards to include structural hollow sections with wall thicknesses down to 1.5 mm.

This article reports on how the steel industry in Germany can systematically improve the early phases of its cooperative pre-competitive application research in the construction sector. The aim of this work is to increase innovation success through a targeted lead-in to the innovation processes. It makes use of various models from industrial innovation management, experience in research management for a current project on the sustainability of steel in the construction sector and the results from a survey of the research institutes participating in the project. As a result, a model for the systematic management of the early innovation phases in steel application research for the construction industry is presented. The model supports the participants from industry and the academic sector in finding, formulating and implementing new innovation ideas.

The susceptibility of horizontally curved steel highway bridges to seismic damage increases substantially when subjected to Level II Earthquake Ground Motions. The growing need for safer bridges has stimulated the replacement of vulnerable steel bearing supports with seismic isolation devices. The purpose of the present study is to analyse the overall performance of highway bridges, with an emphasis on the effectiveness of seismic isolation based on Lead Rubber Bearings (LRB). The analysis of the bridges was performed on three-dimensional models using a numerical method based on the dynamic response analysis, considering both geometric and material non-linearities. The non-linear bridge models were subjected to strong ground motion records from the 1995 Kobe earthquake. The efficiency of using LRB supports on curved highway viaducts is demonstrated in this study. The results show that seismic isolation improves the seismic response of curved bridges and reduces excessive seismic damage.

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Die Anforderungen an Verkehrsflächen im urbanen Bereich sind vielfältig und steigen kontinuierlich. Von Bedeutung für die Bewohner ist die Reduktion von urbanen Wärmeinseln bzw. “Heat Islands“, welche aufgrund ihrer erhöhten Temperatur das Stadtklima negativ beeinflussen. Auf Basis der Untersuchung wurde festgestellt, dass die Oberflächentemperatur und das allgemeine Temperaturniveau im innerstädtischen Bereich (dargestellt am Beispiel Wien) durch Ausführung heller Verkehrsflächen deutlich reduziert und auch die Sichtbarkeit von Verkehrsteilnehmern bei gleicher Ausleuchtung in der Nacht wesentlich verbessert werden kann. Als effiziente Sanierungsmethode eignet sich hier das System Whitetopping besonders gut, da mit dieser Methode sowohl die Tragfähigkeit als auch die Helligkeitseigenschaften von urbanen Verkehrsflächen einfach und kostengünstig verbessert werden können. Das Ersetzen von Asphaltstraßen durch Straßen mit einem Betonbelag mit einer Albedo gleich 0, 5 würde zu einer Abnahme der täglichen Lufttemperatur im Sommer um ca. 1 °C führen. Auch die Modellsimulationen der Lufttemperatur über eine 150 m × 150 m große homogene Fläche zeigen eine Abnahme der Temperatur um 1 °C über Flächen in Whitetopping-Ausführung verglichen zu Asphalt. Da Straßen einen Anteil von ca. 10 % der Gesamtfläche einer Stadt in Anspruch nehmen, können hier effiziente und langfristige Maßnahmen zur Verbesserung des Mikroklimas sowie der Erhöhung der Verkehrssicherheit gesetzt werden.

Reduction of Urban Heat Islands with Whitetopping.
The requirements for traffic areas in the urban zone are manifold and continuously increasing. The reduction of the heat islands, which adversely affect the urban climate due to their increased temperature, is of importance for the residents. An investigation revealed that light-coloured traffic areas can significantly reduce the surface temperature and overall temperature levels in urban areas (illustrated by the example of Vienna) and improve the visibility of traffic participants at unchanged illumination levels at night. As a rehabilitation measure the Whitetopping method is simple and cost-efficient for improving the load bearing capacity and brightness characteristics of urban traffic zones. Replacing asphalt roads with roads with a concrete topping, such as Whitetopping, with an albedo of 0.5 would lead to a daily air temperature reduction of approximately 1 °C in summer. The model simulations of the air temperature over a 150 m × 150 m homogeneous area with Whitetopping also show a decrease in temperature by 1 °C compared to asphalt. Since roads are representing 10 % of the total area of a city, efficient and long- term measures to improve the micro-climate and facilitate a further increase in traffic safety can be taken.

Manche Hersteller von Infrarot reflektierenden Dämmmaterialien werben mit hohen Dämmeigenschaften ihrer Produkte, die angeblich nicht mit Hilfe der klassischen Bauphysik beschrieben werden können. Um deren Dämmqualität zu überprüfen, werden In-situ-Messungen durchgeführt. Dazu werden zwei verschiedene Dachaufbauten parallel untersucht: einmal mit Mineralwolle, einmal mit IR-reflektierender Dämmung. Die Ergebnisse werden mit klassischen Labormessungen verglichen. Die Untersuchungen werden durch Simulationsrechnungen ergänzt. Aus allen Untersuchungen resultiert: die Dachkonstruktion mit der IR-reflektierenden Dämmung zeigt typische Merkmale eines Aufbaus mit geringerer Dämmwirkung. Außerdem lässt sich das Verhalten des Dachaufbaus mit der IR-reflektierenden Dämmung während der In-situ-Messung sehr gut mit den Ergebnissen aus den klassischen Labormessungen in Übereinstimmung bringen.

Experimental and theoretical investigations on infrared reflective insulation.
Some manufacturers of IR-reflective insulation products claim, that their products feature a high insulation quality that cannot be described by traditional methods of building physics. In situ measurements are carried out to verify. Two different roof systems are investigated parallel: one with mineral wool, the other with IR-reflective insulation. The results of the in situ tests are compared to those of traditional laboratory measurements. Further the examinations are completed by dynamic calculations. As a result it follows from all investigations, that the roof with IR-reflective insulation shows a typical characteristic of insulation with lower quality. The values of the traditional measurement match with the results of the in situ measurements.

The aim of this project was to analyze the thermal performance of passive low-cost housing in half-humid tropical climate. The houses are located in Cuiabá-MT (15.5° southern latitude), one of the hottest cities in Brazil. The data about the typology of the houses were obtained from three representative construction systems; wood, masonry, and prefabricated. The measurements had been carried out through a year, during 20 consecutive days of each season and were evaluated by three distinct methodologies: (1) analyses of previous recommendations of the construction where the envelope materials were compared with the Brazilian standard NBR 15220-3/ 2005, (2) frequency, through dry bulb temperature with values of 18 °C and 29 °C, and (3) performance, by analysis of comfort levels and bioclimatic strategies processed by Analysis Bio 2.1.2 program in accordance to the adapted Bioclimatic Chart of Givoni for developing countries.

Zwei- und dreidimensionale dynamische thermische Bauteilsimulationen unter Berücksichtigung instationärer klimatischer Randbedingungen können das reale Bauteilverhalten in guter Näherung abbilden. Bisherige Werkzeuge zur mehrdimensionalen thermischen Bauteilsimulation weisen häufig Einschränkungen in den abzubildenden Bauteilgeometrien und -topologien auf oder können bzgl. zusätzlicher physikalischer Effekte (z. B. hygrothermisches Bauteilverhalten) nicht erweitert werden. Aus diesem Grund wurde auf Grundlage des allgemeinen FEM-Werkzeugs KARDOS, mit welchem Multiphysics-Probleme modelliert werden können, eine Toolbox zur thermischen Bauteilsimulation erstellt. Diese erlaubt die Eingabe nahezu beliebiger zwei- und dreidimensionaler Bauteilgeometrien in ein objektorientiertes Bauteilmodell. Ausgehend von diesem Bauteilmodell wird über einen Präprozessor die Vernetzung des Berechnungsgebiets für die FEM-Simulation mit KARDOS automatisch durchgeführt. An Hand einiger Fallbeispiele wird die KARDOS-basierte Toolbox zur Bauteilsimulation demonstriert.

Dezibel und Logarithmus erschweren häufig die Arbeit in der Akustik und Lärmbekämpfung. Zielsetzung und Bestreben einer laufenden Untersuchung ist, verständliche Rechenmethoden und Darstellungsweisen der Ergebnisse zu finden, von denen hier ein Teil beschrieben werden sollte. Es wird für die Addition und Mittelung von Schallpegeln eine Transformation in Schallenergiedichten vorgeschlagen, mit denen im Gegensatz zu Pegelwerten linear gerechnet werden darf. Für den Kurvenverlauf des Schallpegels über die Entfernung werden einfache, allgemeine Rechenoperationen vorgestellt. Mit deren Hilfe kann schnell ein überschlägiges Ergebnis für den speziellen mono- bzw. bidirektionalen Fall angegeben werden.

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Es wird über die vierjährige Auswertung der Anwendung von Solarsystemen in Solar Village 3 bei Athen berichtet, die mit Hilfe von kontinuierlichen und Kurzzeit-Messungen, aber gleichzeitig auch mit Simulationen und Berechnungen der Energiebilanzen der Gebäude durchgeführt wurden. Sieben verschiedene passive Solarsysteme und acht Gebäude sind dabei hinsichtlich der Leistung der Solarsysteme, des thermischen Verhaltens der Gebäude als Ganzes, der Komfortbedingungen aber auch des Einflusses der Bewohner auf die Leistung der Systeme analysiert worden. Die Sonnenenergie deckt mehr als 40 % des Energiebedarfs. Die Wärmespeicherwand in ihren Variationen als Masse- oder Trombe-Wand erbringt eine gute Leistung. Sie hat den Vorteil, im Winter zum Komfortgefühl beizutragen, da die Oberflächentemperaturen deutlich über den Lufttemperaturwerten liegen.