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Frau Univ.-Prof. Dr.-Ing. Ulrike Kuhlmann zur Vollendung ihres 60. Lebensjahres gewidmet
Kranbahnträger für Brückenkrane erfahren aufgrund der Radlasten und exzentrisch zum Schubmittelpunkt angreifenden Horizontallasten aus dem Kranbetrieb eine Beanspruchung aus zweiachsiger Biegung und Torsion. Die Kranbahnträger sind durch diese Beanspruchung stark kipp- bzw. biegedrillknickgefährdet. Der Biegedrillknicknachweis wird für Kranbahnträger von Brückenlaufträgern häufig bemessungsmaßgebend. Bei Walzprofilen ist die erforderliche Seitensteifigkeit am Obergurt oft schon bei leichtem Kranbetrieb und mittleren Stützweiten nicht mehr ausreichend. Um die Seitensteifigkeit am Obergurt der Kranbahnträger zu erhöhen, können neben anderen Varianten Walzprofile mit seitlich am Obergurt angeschweißten Winkeln verwendet werden. Diese Konstruktionsform wird auch als Kranbahnträger mit winkelverstärkten Walzprofilen bezeichnet und ist insbesondere bei mittelschwerem Kranbetrieb weit verbreitet.
Die Nachweisführung gegen Biegedrillknicken ist für diese Kranbahnträger mit winkelverstärkten Walzprofilen allerdings infolge der zweiachsigen Biege- und Torsionsbeanspruchung und durch die lediglich einfache Symmetrie des Querschnitts erschwert. Im Rahmen dieses Beitrags werden die unterschiedlichen Nachweismöglichkeiten für Kranbahnträger aus winkelverstärkten Walzprofilen aufgezeigt und auf Grundlage eines Anwendungsbeispiels miteinander verglichen. Im Weiteren werden die Ergebnisse einer umfassenden Parameterstudie [1] zur Wirtschaftlichkeit der unterschiedlichen Nachweise zusammenfassend dargestellt, um Empfehlungen für einen möglichen Anwendungsbereich der einzelnen Nachweisverfahren geben zu können.

Lateral-torsional buckling of crane runway beams built-up by rolled profiles combined with angle sections on the top flange.
Crane runway beams of overhead travelling cranes are subjected to biaxial bending and torsion due to the crane operation with the wheel loads ane the eccentric horizontal loads.
The crane runway girders are proned for lateral-torsional buckling due to this loading situation. Therefore the verification for lateral-torsional buckling is often dimensioning for the design of crane runway beams for overhead travelling cranes. In the case of the application of rolled sections, the required lateral stiffness of the top flange is often not sufficient even for light crane operations and medium span lengths. In order to increase the lateral stiffness on the top flanges of these crane runway beams, the rolled sections can be strengthened by welding angle profiles on both sides of the top flange. This type of construction is a widespreaded application for crane runway beams especitally for medium and heavy crane operations.
However, the assessment method for lateral-torsional buckling is for this type of crane runway beam more difficult because of the simple symmetrical cross-section togehter with the the loading situation with biaxial bending and torsion. Within the scope of this article, the different possibilities for the assessment methods of lateral-torsinal buckling are shown for crane runway beams built-up by rolled profiles combined with angle sections on the top flange and are compared on the basis of a example calculation. In addition the results of a comprehensive parameter study [1] on the effectiveness of the different assessment methods are summarized.

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In den nationalen und europäischen Regelwerken wird das ideale Biegedrillknickmoment als Bezugsgröße für den Nachweis des Biegedrillknickens verwendet. Bei biegedrillknickgefährdeten Verbundträgern liegt für den Stahlträger der Fall des am Obergurt seitlich gehaltenen und drehelastisch gebetteten Trägers vor. Es wird gezeigt, daß für diesen Fall des Biegedrillknickens eine Analogie zwischen dem Druckstab mit elastischer Wegfederbettung und dem Biegedrillknickproblem mit gebundener Drehachse und drehelastischer Bettung besteht. Auf der Grundlage dieser Analogie wird ein Näherungsverfahren zur Ermittlung der idealen Biegedrillknickmomente von Verbundträgern hergeleitet und mit dem im Eurocode 4 enthaltenen Nachweisverfahren verglichen.

Es wird ein Berechnungsverfahren für die Ermittlung der Traglast von Hallenrahmen mit beliebig, auch voutenförmig ausgebildeten Stützen und Riegeln vorgestellt, das die Effekte räumlicher Verformungen (Verformungen in der Rahmenebene und aus der Rahmenebene), von räumlichen Imperfektionen, elastisch-plastisches Werkstoffverhalten nach der Fließzonentheorie, Profilverformungen, die Wirkung von Abstützungen und Federungen durch angeschlossene Pfetten o.ä., die Ausbildung von Rahmenecken und Steifenordnungen berücksichtigt.

Die Beschreibung des Biegeschubversagens schlanker Betonbauteile stützt sich heute weitgehend auf empirisch ermittelte Zusammenhänge ab. Auf der Grundlage der für den Hochleistungsbeton durchgeführten Versuche zeigen sich nun sehr einfache, mechanisch begründbare Zusammenhänge. Sie bestätigen und erklären die empirisch gefundenen Lösungen und zeigen deren Grenzen.

Die Frage, ob brandschutztechnische Anforderungen an ein Raumfachwerk zu stellen sind, wird durch die Ermittlung der erforderlichen Feuerwiderstandsdauer nach DIN 18 230 Teil 1 beantwortet. Es werden erfolgversprechende Rechenmethoden zur Bestimmung von Temperaturfeld und Traglast der Raumfachwerke und Möglichkeiten zur experimentellen Unterstützung der Rechnung vorgestellt. Die Erwartung, daß Feuerwiderstandsdauern von 30 Minuten in der Regel nur mit zusätzlichen Schutzmaßnahmen zu erreichen sind, wurde bestätigt. Die Möglichkeit zur Erweiterung der Rechenmethoden auf Raumfachwerke mit einem solchen, den optischen Eindruck nicht beeinträchtigenden Schutzsystem wird aufgezeigt. Die technologisch handhabbare Lösung dieses Problems ist Gegenstand der Untersuchungen.

Berichtet wird über thermische Vorgänge bei Naturbränden und über Kleinmodellbranduntersuchungen. Aus diesen Modellversuchen werden Rückschlüsse auf reale Konstruktionen gezogen.

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Es wird darauf hingewiesen, daß man einerseits noch ganz am Anfang der Erforschung des Brandverhaltens von Gesamtkonstruktionen steht, daß aber andererseits derartige Kenntnisse dringend benötigt werden, um das Zusammenspiel von Wirtschaftlichkeit und Sicherheit der Bauwerke weiterhin zu verbessern. Durch systematische Untersuchungen von Rahmenserien mit Großmodellen sollen Versagensarten, -phänomene und -daten erarbeitet und bereitsgestellt werden. Insbesondere die Kopplung von Großmodell-Versuchstechnik und rechnerisch-theoretischer Untersuchung führt zur experimentellgestützten Computersimulation mit dem Ziel, grundsätzliche Daten zum brandschutzgerechten Entwerfen, Konstruieren und Bemessen für Stahl- und Verbundkonstruktionen für die Praxis bereitzustellen.

Bezüglich der Bruchbilder von Platten wird gewöhnlich angenommen, daß die den Ecken zulaufenden Bruchlinien sich entlang der Winkelhalbierenden ausbilden ("45°-Annahme" bei Rechteckplatten), was allerdings eine oft recht grobe Annäherung darstellt. Auch bleiben mitunter einzelne Plattenbereiche (hier als "tot" bezeichnet) von der globalen Tragwirkung ausgeschlossen. Der "genaue" Bruchmodus kann über die Errechnung bruchbildbestimmender Prarameter xi anhand von Energiesätzen abgeleitet werden. Ein Beispiel liefert die isotrope Quadratplatte unter Gleichlast bzw. mittiger Einzellast, deren hinlänglich bekanntes m = pa2/24 bzw. m = P/8 kräftig nach oben korrigiert werden müßte. Die allgemeine Vernachlässigung der Torsionsmomente in der Tragberechnung von Platten stellt aber nach Meinung des Verfassers einen hinlänglichen Ausgleich dieser Ungenauigkeit dar.

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Anmerkungen zu dem im Jahr 1977 gültigen CEB-Entwurf 117 für den Stahlbeton- und Spannbetonbau

Es wird die Weiterentwicklung der computergestützten Analyse von Krantragwerken anhand elastostatischer, starrkörperkinetischer und elastokinetischer Modelle auf der Grundlage einer gemeinsamen Datenbasis beschrieben. Das Arbeiten mit Bauteilbibliotheken, die Abbildung unterschiedlicher Massenkonfigurationen und die Beschreibung komplexer Lastkombinationen sowie deren stellungsübergreifende Auswertung werden erläutert.

Im Blickpunkt dieses Beitrags stehen gleitfest vorgespannte Schraubenverbindungen (GV-Verbindungen), bei denen die zu verbindenden Bauteile mit sogenannten "Duplex"-Beschichtungen ausgeführt werden, d. h., es werden Bauteile verwendet, die zwecks Korrosionsschutz feuerverzinkt und im Klemmbereich zusätzlich beschichtet sind, um eine ausreichende Reibung im Klemmpaket sicherzustellen. Bei dieser vor allem im Funkmastbau weit verbreiteten Bauweise wird entgegen den bauaufsichtlich eingeführten Vorschriften verfahren. Systematische Untersuchungen zu Vorspannkraftverlusten der planmäßig vorgespannten, verzinkten HV-Schraubengarnituren und zum Reibungsverhalten in den Klemmpaketfugen sind für diese Konstruktionstechnik bislang nicht durchgeführt worden. Im vorliegenden Beitrag werden Untersuchungsergebnisse vorgestellt, mit denen Aussagen zu den zeitabhängigen Einflüssen auf das Tragverhalten durch Änderungen der Klemmkraft und der Reibungseigenschaften des Klemmpakets möglich sind.

Bei Rand- und Eckstützen führt das Einspannmoment aus Rahmenwirkung zu einer zusätzlichen Beanspruchung im Durchstanzbereich, die sich mit der Beanspruchung infolge Querkraft überlagert. Es kann daher von einer ausgeprägten Momenten-Querkraft Interaktion gesprochen werden. Anhand experimenteller, numerischer und theoretischer Untersuchungen werden die Besonderheiten beim Durchstanzen von Flachdecken im Bereich von Rand- und Eckstützen erläutert und ein Ingenieurmodell zum Durchstanzen von Flachdecken abgeleitet, das auch eine Vorspannung berücksichtigt. Aufbauend auf dem Berechnungsansatz werden Lasterhöhungsfaktoren zur Beschreibung der Momenten-Querkraft Interaktion für Rand- und Eckstützen vorgestellt, die in DIN 1045-1 und EC 2 (Fassung 10/05) anstelle der bisherigen konstanten Faktoren verwendet werden können.

Die Regelungen zur Durchstanzbemessung im Eurocode 2 basieren im Wesentlichen auf den Modellvorstellungen in Model Code 90, der die Durchstanztragfähigkeit auf die Querkrafttragfähigkeit zurückführt. Nach Versuchsauswertungen ist diese Analogie für punktgestützte Platten jedoch nicht in jedem Fall zutreffend. Insbesondere für bügelbewehrte Platten ist bei der Bemessung nach Eurocode 2 ein Sicherheitsdefizit möglich, und es erscheint eine Anpassung der Bemessungsgleichungen zwingend erforderlich. Dieser Beitrag erläutert die Sicherheitsdefizite und schlägt verbesserte Bemessungsgleichungen vor.

Punching of Flat Slabs according to Eurocode 2
The punching shear provisions according to Eurocode 2 are based on the design recommendations in Model Code 90 where no differentiation between shear and punching shear design is made. This approach is not fully confirmed by test results for flat slabs. In particular for flat slabs with stirrups as shear reinforcement some design provisions according to Eurocode 2 do not achieve the required safety level. Therefore adjustments to the design equations seem to be necessary. In this paper the Eurocode 2 provisions are critically reviewed and improved design regulations are proposed.

Der Nachweis auf Durchstanzen von Einzelfundamenten ohne Durchstanzbewehrung hat sich nach Eurocode 2 (DIN EN 1992-1-1:2011 mit DIN EN 1992-1-1/NA:2013) gegenüber der bisherigen Nachweisführung grundlegend geändert. Das betrifft insbesondere den Nachweisschnitt, der im Bereich acrit ≤ 2d ungünstig bestimmt werden muss, und zwar so, dass das Verhältnis von Widerstand zur Einwirkung minimal wird. Im Regelfall erfordert die Auffindung dieses maßgebenden Rundschnitts daher eine Iteration. In diesem Beitrag wird ein einfach handhabbares Hilfsmittel vorgestellt, das die Auffindung des kritischen Nachweisschnitts in Abhängigkeit von der Grundrissgeometrie ermöglicht. Zudem kann mit den dargestellten Bemessungshilfen der Nachweis ausreichender Tragfähigkeit für rechteckige Fundamente ohne Durchstanzbewehrung, die durch mittig angeordnete Stützen mit Rechteck- oder Kreisquerschnitt beansprucht sind, in nur wenigen Bemessungsschritten erfolgen.

Punching shear design of footings - design aids for isolated footings without shear reinforcement
The design for punching shear of isolated footings without shear reinforcement has fundamentally changed in Eurocode 2 (DIN EN 1922-1-1:2011 combined with DIN EN 1992-1-1/NA:2013) compared to the previous design procedure. This applies in particular to the detection section that must be adversely determined in the region of acrit ≤ 2d in such a manner that the ratio of resistance to the action is minimized. As a rule, therefore, the discovery of this decisive control section requires an iteration. In this paper, an easily manageable tool is presented which allows the discovery of the critical control section depending on the floor plan geometry. In addition, with the illustrated design aids proof of sufficient load capacity for rectangular foundations without shear reinforcement, which are claimed by centrally arranged columns with rectangular or circular cross-section, could be done in just a few steps.

Die thermische Schutzwirkung dämmschichtbildender Brandschutzsysteme beruht auf der Entwicklung einer wärmedämmenden Schaumschicht, die die Erwärmung von Stahlbauteilen im Brandfall zeitlich verzögert. In der Praxis kommen diese Brandschutzsysteme häufig auf I-Profilen zum Einsatz, die direkt an die Gebäudehülle angrenzen. Der Gebäudeabschluss wird dabei durch raumabschließende Bauteile wie z. B. Trapezprofile sichergestellt. Der an das raumabschließende Bauteil angrenzende Flansch des I-Profils wird dabei ganz oder teilweise abgedeckt. Im Brandfall ist das dämmschichtbildende Brandschutzsystem folglich an dieser Stelle in seiner Aufschäumung gehindert und kann seine thermische Schutzwirkung nicht vollständig ausbilden.
In diesem Beitrag werden neben Kleinversuchen zur gezielten Analyse des Aufschäumverhaltens von Dämmschichtbildnern auch Brandversuche an beschichteten I-Profilen mit und ohne angrenzendes Trapezprofil vorgestellt, um das Hochtemperaturverhalten von Brandschutzsystemen in dieser besonderen Konfiguration im Detail zu bewerten. In diesem Teil des Beitrages wird zunächst ein Überblick über die experimentellen Untersuchungen, die im Rahmen eines DASt-Forschungsprojektes (IGF 17200 N) durchgeführt wurden, dargestellt. In dem später folgenden, zweiten Teil werden auf dieser Grundlage numerische Untersuchungen vorgestellt, die es ermöglichen, das Hochtemperaturverhalten dämmschichtbildender Brandschutzsysteme unter Berücksichtigung des Aufschäumvorgangs zu simulieren und die Erwärmung beschichteter I-Profile zu prognostizieren.

Influence of adjacent trapezoidal steel sheets on the fire behaviour of I-section profiles with intumescent coatings.
The thermal protection effect of intumescent coatings is based on the development of a thermal insulation foam layer which delays the heating of the steel elements in case of fire. In practical usage intumescent coatings are often applied on I-section profiles located close to the exterior wall or roof, which is realised by space-enclosing elements e.g. trapezoidal steel sheets. Consequently, the flange of the I-section profile adjacent to the space-enclosing element is completely or partially covered. As a result the foaming process of the intumescent coating is restrained in fire situation and the protection system is not able to provide its full thermal protection effect.
Besides small scale tests aiming on the analysis of the foaming process of intumescent coatings, fire tests on coated I-section profiles with and without adjacent trapezoidal steel sheet are presented in this paper in order to evaluate the heating behavior of intumescent coatings in this special configuration. In this first part of the paper an overview of the experimental investigations which were carried out in the DASt research project (IGF 17200 N) is presented first. In the second part numerical investigations, which enable the simulation of the high temperature behaviour of intumescent coatings taking into account the foaming process and the prediction of the heating of coated I-section profiles will be presented.

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Die Weiterentwicklung des europäischen Eisenbahnnetzes ist unter anderem durch den vermehrten Einsatz von Hochgeschwindigkeitszügen und eine signifikante Anhebung der Betriebsgeschwindigkeiten gekennzeichnet. Um die Auswirkungen von Zugbeanspruchungen auf Eisenbahnbrücken im Rahmen einer dynamischen Bemessung hinreichend genau vorhersagen zu können, ist die Kenntnis der wesentlichen dynamischen Systemeigenschaften erforderlich. Nur so können bemessungsrelevante Resonanzeffekte, die bei hohen Geschwindigkeiten grundsätzlich nicht auszuschließen sind, rechnerisch auf zuverlässige Weise erfasst werden. Messungen insbesondere an WIB-Überbauten zeigen jedoch, dass eine realistische rechnerische Abschätzung von Brückeneigenfrequenzen schwierig ist. Tatsächliche und rechnerische Werte weichen in vielen Fällen erheblich voneinander ab. Als ursächlich wird hierfür unter anderem eine unzureichende Berücksichtigung baulicher Randbedingungen angesehen, die teilweise erheblichen Einfluss auf die Steifigkeits- und Dämpfungseigenschaften der Brücke haben. Der erste Teil des Beitrags führte in die Problematik ein und präsentierte Ergebnisse aus Messuntersuchungen an WIB-Brücken. Im vorliegenden zweiten Teil des Beitrags wird nun auf Grundlage numerischer Studien gezeigt, wie sich bauliche Randbedingungen auf das dynamische Verhalten von WIB-Überbauten auswirken. Abschließend werden die Untersuchungsergebnisse dazu genutzt, Vorschläge für eine genauere dynamische Bemessung abzuleiten.

On the influence of constructional elements on the dynamic behaviour of filler beam railway bridges.
Enhancements of the European railway system are amongst other things mainly characterized by increased usage of high speed trains and significantly raised operating speeds. To predict effects of train loading on railway bridges for a dynamic design adequately, knowledge of the system’s significant dynamic characteristics is required. Only this ensures that resonance effects, which generally cannot be screened out for high speeds, can be covered analytically by reliable values. Measurements especially carried out on filler beam bridges have shown though that a realistic estimation of eigenfrequencies of bridges is difficult. Actual values and measured ones differ significantly in many cases. In particular non-consideration of structural constraints is seen as reason for this, given that they have an immense effect on a bridge’s stiffness and damping characteristics. The first part of the contribution gave a brief survey on the dynamics of high-speed railway bridges. Furthermore results from measurements on filler beam railway decks were presented. In this second part of the contribution the influence of particular constructional elements on the dynamic behaviour of filler beam bridges is investigated, supported by numerical studies. Finally the main outcomes are discussed and proposals for an improved dynamic bridge design are made.

Die Weiterentwicklung des europäischen Eisenbahnnetzes ist unter anderem durch den vermehrten Einsatz von Hochgeschwindigkeitszügen und eine signifikante Anhebung der Betriebsgeschwindigkeiten gekennzeichnet. Um die Auswirkungen von Zugbeanspruchungen auf Eisenbahnbrücken im Rahmen einer dynamischen Bemessung hinreichend genau vorhersagen zu können, ist die Kenntnis der wesentlichen dynamischen Systemeigenschaften erforderlich. Nur so können bemessungsrelevante Resonanzeffekte, die bei hohen Geschwindigkeiten grundsätzlich nicht auszuschließen sind, rechnerisch auf zuverlässige Weise erfasst werden. Messungen insbesondere an WIB-Überbauten zeigen jedoch, dass eine realistische rechnerische Abschätzung von Brückeneigenfrequenzen schwierig ist. Tatsächliche und rechnerische Werte weichen in vielen Fällen erheblich voneinander ab. Als ursächlich wird hierfür unter anderem eine unzureichende Berücksichtigung baulicher Randbedingungen angesehen, die teilweise erheblichen Einfluss auf die Steifigkeits- und Dämpfungseigenschaften der Brücke haben. Der vorliegende erste Teil des Beitrags führt in die Problematik ein und präsentiert Ergebnisse aus Messuntersuchungen an WIB-Eisenbahnbrücken, die von der Deutschen Bahn durchgeführt wurden. Im folgenden zweiten Teil des Beitrags wird auf Grundlage numerischer Studien gezeigt, wie sich einzelne bauliche Randbedingungen auf das dynamische Verhalten von WIB-Überbauten auswirken. Abschließend werden die Untersuchungsergebnisse dazu genutzt, Vorschläge für eine genauere dynamische Bemessung abzuleiten.

On the influence of constructional elements on the dynamic behaviour of filler beam railway bridges  -  Part 1: Introduction and measurements on filler beam bridges.
Enhancements of the European railway system are amongst other things mainly characterized by increased usage of high speed trains and significantly raised operating speeds. To predict effects of train loading on railway bridges for a dynamic design adequately, knowledge of the system’s significant dynamic characteristics is required. Only this ensures that resonance effects, which generally cannot be screened out for high speeds, can be covered analytically by reliable values. Measurements especially carried out on filler beam bridges have shown though that a realistic estimation of eigenfrequencies of bridges is difficult. Actual values and measured ones differ significantly in many cases. In particular non-consideration of structural constraints is seen as reason for this, given that they have an immense effect on a bridge’s stiffness and damping characteristics. This first part of the contribution gives a brief survey on the dynamics of high-speed railway bridges. Furthermore results from measurements on filler beam railway decks are presented. In the forthcoming second part of the contribution the influence of particular constructional elements on the dynamic behaviour of filler beam bridges is investigated, supported by numerical studies. Finally the main outcomes are discussed and proposals for an improved dynamic bridge design are made.