Ausgehend von der Zielsetzung einer kostenoptimierten Unterhaltung von bestehenden Bauwerken werden gegenwärtige nationale und internationale Normungsaktivitäten auf dem Gebiet der Bauwerksüberwachung und -bewertung vorgestellt. Ein derzeit in der BAM laufendes Projekt, das sich mit einem Konzept zur Tragfähigkeitsbewertung bestehender Bauwerke und dessen praktischer Umsetzung befaßt, wird inhaltlich beschrieben.

Behandelt wird die numerische Ermittlung der Traglast eines axial auf Druck belasteten, an diskreten Punkten schubgestützten Ringträgers baupraktischer Abmessungen. Untersucht wird ein Segment einer imperfekten Kreiszylinderschale für verschiedene Segmentlängen (Stützwinkel) und Wanddicken. Für die Segment-Ränder werden Naviersche Randbedingungen vorausgesetzt. Die anzusetzende Verformung entspricht der Beulfigur des 1. Eigenwertes mit dem maximalen Stich von fmax gemäß DAStRi 013. Die ermittelten bezogenen Tragvergleichsspannungen svu/sF werden in Abhängigkeit vom bezogenen Schlankheitsgrad in Form einer geschlossenen Traglastkurve dargestellt und durch eine empirische Gleichung erfaßt.

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Für I-förmige Biegeträger, die durch Querkraftbiegung beansprucht werden, ist die Traglast allgemein durch das Erreichen des Momentes Mpl im vollplastischen Zustand gegeben. Bei manchen Trägern besteht jedoch die Möglichkeit, daß vorher Biegedrillkricken (früher "Kippen" genannt) auftritt, bei dem sich der gesamte Träger seitlich verformt und um die Stablängsachse verdreht. Andererseits kann auch die Schlankheit einzelner Querschnittsteile so groß sein, daß örtlich Plattenbeulen auftritt. Hier wird die gleichzeitige Wirkung des Biegedrillknickens und Beulens im plastischen Bereich untersucht. Dazu werden Versuche, die an der TU Berlin durchgeführt wurden, beschrieben und Auswertungen zur Bestätigung der vereinfachten Tragsicherheitsnachweise der Stahlbau-Grundnorm DIN 18800 Teil 2 (11.90) durchgeführt.

Es wird über 34 Versuche berichtet. Hauptgegenstand der Untersuchungen war der Einfluß des Langzeitverhaltens des Betons auf die Traglast. Kriechen und Schwinden sowie Schwinden allein führten zu einer Abminderung der Traglast verglichen mit der Kurzzeittraglast. Die Bemessungsmethode der DIN 18806 konnte durch Versuche bestätigt werden.

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Die Berechnung geschraubter Kopfplattenverbindungen ist in der EN 1993-1-8 über das sog. T-Stummel-Modell geregelt. Abhängig von den sich einstellenden Verformungen kann es zu sog. Abstützkräften kommen, welche die Schrauben zusätzlich beanspruchen. Diese Effekte werden über das T-Stummel-Modell grundsätzlich abgebildet, allerdings nur für eine begrenzte Anzahl praxisrelevanter Fälle. Eine allgemeingültige Lösung dieses Problems stellt die Discontinuity-Layout-Optimization- (DLO-) Methode dar. Hierbei handelt es sich um eine numerische Methode zur direkten Bestimmung der Traglast, basierend auf dem kinematischen Satz und unter Verwendung linearer Optimierungsalgorithmen. In vorangegangenen Arbeiten wurde die Methodik bereits an typischen nicht ausgesteiften und ausgesteiften Kopfplattenverbindungen mit I-Profilen verifiziert. Ziel der vorliegenden Untersuchungen ist es nun, den Anwendungsbereich der DLO auf zugbeanspruchte Hohlprofile mit Kopfplattenanschlüssen und allseitig angeordneten Schrauben zu erweitern. Diese Anschlüsse können über die EN 1993-1-8 nicht vollständig abgebildet werden, da allfällige globale Fließlinienmuster durch die Norm nicht abgedeckt sind. Daher wurden die berechneten Traglasten durch Versuche verifiziert. Es konnte gezeigt werden, dass die DLO ein geeignetes Mittel zur Berechnung solcher Verbindungen ist und dass die Anwendung, im Vergleich zur FEM, deutlich einfacher und zudem normenkonform ist.

Limit analysis of bolted flange-plate connections in hollow section members using DLO
The calculation of bolted flange-plate connections is ruled in EN 1993-1-8 via the so-called T-stub model. Depending on the deformations, so-called prying forces can occur. These effects are included in the T-stub model but only for a limited number of practical cases. A general solution to this problem is the Discontinuity Layout Optimization (DLO) method. The DLO is a numerical method for the direct determination of the ultimate load, based on the upper bound theorem and by using linear optimization algorithms. In previous research, the methodology has already been verified on typical unstiffened and stiffened end-plate connections with I-sections. The presented investigations aim to extend the application range of the DLO to flange-plate connections in tension with all-sided bolts in hollow section members. These connections are not fully represented by EN 1993-1-8 since global yield line patterns are not covered. Therefore, the calculated ultimate loads were verified by tests. It could be shown that the DLO is a suitable method for calculating such connections and that the application, compared to the FEM, is significantly simpler and conforms to the standard.

Es werden drei in der Fachliteratur beschriebene Grossversuche mit der FE-Methode nachgerechnet. Die verwendeten Materialgesetze für die nicht-lineare Berechnung werden beschrieben. Es zeigt sich gute Übereinstimmung zwischen Versuch und Berechnung

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Bei der Bemessung von druckbeanspruchten Bauteilen im Holzbau ist die Zunahme der Beanspruchungen infolge der sich einstellenden Verformungen zu berücksichtigen. Die Zusatzbeanspruchungen aus dem nichtlinearen Anwachsen der Verformungen müssen rechnerisch immer dann berücksichtigt werden, wenn sich die Schnittgrößen infolge des geometrischen nichtlinearen Tragverhaltens (Theorie II. Ordnung) um mehr als 10% vergrößern. Zur Erfassung der Zusatzbeanspruchungen nach Theorie II. Ordnung sieht die DIN 1052 zwei Verfahren vor. Der Nachweis kann mit einer Ermittlung der Schnittgrößen am unverformten System mit einer anschließenden Bemessung nach dem Ersatzstabverfahren erfolgen.
Alternativ zum Nachweis nach dem Ersatzstabverfahren können die Schnittgrößen nach Theorie II. Ordnung ermittelt und anschließend eine Bemessung des Querschnitts für Biegung mit Druck durchgeführt werden.
In diesem Beitrag werden die Unterschiede der beiden alternativen Nachweise aufgezeigt, und es wird eine Vorgehensweise vorgeschlagen, bei der beide Verfahren unter Berücksichtigung des Modifikationsbeiwertes für einfache Fälle gleiche Traglasten ergeben.

Stahlverbundstützen stellen leistungsfähige Konstruktionselemente zur Abtragung von Drucknormalkräften dar. Es stellt sich die Frage inwieweit die Verwendung von hochfestem Beton zur Steigerung der Traglast beitragen kann, oder ob die normativ festgelegte Begrenzung auf fck 50 N/mm² ausreichend ist. Die Effizienz des hochfesten Betons und die gewöhnlicher Verstärkungsmaßnahmen werden im Beitrag dargestellt und diskutiert.

Es werden Überlegungen und Empfehlungen zur Bemessung der Stege von Hohlkastenbrücken bei gleichzeitigem Auftreten von Schub aus Längsbiegung und Schub aus Querbiegung bei gleichzeitiger teilweiser Einspannung der Kragplatte in den Steg des Hohlkastenträgers vorgestellt. Die Forderungen nach DIN 4227 und Vorschlägen verschiedener Autoren werden miteinader verglichen.

Der Artikel beschreibt ein Problem, welches vom Autor in den letzten Jahren in verschiedenen Projekten zur Festlegung von charakteristischen bzw. Bemessungseinwirkungen für Bauwerke beobachtet wurde. In all diesen Projekten zeigte sich, dass trotz umfangreicher Forschungsarbeiten keine Verringerung der Unsicherheit bei der Festlegung der Einwirkungsseite erzielt werden konnte, im Gegenteil, die Unsicherheit erhöhte sich. Dies ist nicht so sehr ein Ergebnis der statistischen Auswertung der vorliegenden Daten als vielmehr der Qualität der Daten. Gerade die Einbindung von historischen Daten, die eine Verringerung der Unsicherheit durch die Verlängerung der Zeitreihen bewirken soll, führt häufig zu einer Erhöhung der Unsicherheit. Zusätzlich verringert sich die zeitliche Gültigkeit der Ergebnisse, da die in den letzten Jahren regelmäßig neu gewonnenen Erkenntnisse über historische Daten signifikante Auswirkungen auf die Bemessungseinwirkungen haben können. Damit wird zum einen die Bemessung von Bauwerken für eine Lebensdauer von 100 Jahren infrage gestellt und zum anderen die Anwendung der Probabilistik zunehmend kritisch gesehen, denn dieses Verfahren müsste eben auch die sich regelmäßig verändernde epistemische Unsicherheit nachhaltig erfassen.

The uncertainty of the estimation of natural life loads
This paper discusses a problem, which arose during some projects in the last years regarding the definition of characteristic and design loads for structures. As a result of several projects, which used sophisticated methods, we have to face the fact, that the uncertainty of the definition of the natural loadings is not decreasing, but increasing. This fact is heavily related to the extension of data series using historical data with their limited quality. Even further, the time validity of the estimated loadings suffers a shorter lifetime, since new results from research projects dealing with historical data coming up in an increasing frequency and may yield to significant changes of the loading values. This questions the design lifetime of structures in the region of 100 years and even further, the applicability of probabilistic as a method for the evaluation of the structural safety, if this method does not sustainably consider the permanently changing epistemic uncertainty.

Nach der Einführung von Eurocode 2 sind in Zukunft Traglastverfahren auch für vorgespannte Konstruktionen zulässig. Unter Benutzung des FEM-Standardprogramms SAP wird nachgewiesen, daß der statisch unbestimmte Momentenanteil aus Vorspannung nur gering durch die Rißbildung beeinflußt wird, so daß dieser Anteil genügend genau durch den Rechenwert des Zustands I angenähert werden kann.

Es wird ein Prognosemodell zur Berechnung von Verschattungszeiten für komplexe Bebauungsstrukturen vorgestellt, das ausschließlich auf mathematisch-physikalischen Gesetzmäßigkeiten beruht und keine Konventionswerte, Normvorgaben oder Hypothesen verwendet. Eine Überprüfung der prognostizierten Verschattungszeiten durch Beobachtungen der Schattenperioden im Umfeld von vier Berliner Hochbauten ergab gute Übereinstimmungen innerhalb der zu erwartenden Fehlermargen, die in der Hauptsache durch Koordinatenrundung der Gebäudekubatur und des Beobachterortes auf ganze Meter bedingt sind. Dabei dient das hier vorgestellte Berechnungsmodell nicht der Visualisierung von Gebäudeschatten für Verschattungsstudien, sondern der präzisen und validierten Errechnung von Verschattungszeiten an vorgegebenen Aufpunkten auf der Grundlage eines möglichst einfach und schnell zu erstellenden digitalen dreidimensionalen Gebäudemodells. Es ist sowohl für Bestandssituationen als auch für bauvorhabenbezogene Neu- oder Umbauten nutzbar. Das Prognosemodell ProShad wird auch dazu eingesetzt, Verschattungszeiten im Umfeld von Gebäudekomplexen als dreidimensionale Matrix zu berechnen, so dass Horizontal- und Vertikalschnitte durch den Schatten(stunden)raum z. B. als Bodenschattenkarten oder Fassadenverschattungen in Isoflächendarstellung von Intervallen der Verschattungsstunden eine flächendeckende Übersicht geben.

On validating predicted shading duration in built-up areas:
We present a prediction model of shading duration in complex building structures. The model is based purely on the laws of maths and physics, with no conventional values, standard figures or hypotheses. We checked the predicted shading times by observing the shading periods in the areas surrounding four high-rise buildings in Berlin: our figures were in line with predictions, within the expected margin of error. This margin arises mainly from rounding the coordinates for both the building's cubature and the position of the observer to the nearest whole metre. Hence the calculation model presented here is not used to visualise building shadows for shading studies, but instead for a precise, validated calculation of shading duration at specific reference points based on a 3-D building model which is as quick and easy as possible to generate. This can be used in existing scenarios, as well as in planning new builds and renovations. The ProShad prediction model is also used to calculate shading duration around building complexes as a three-dimensional matrix, so that horizontal and vertical sections through the shading (duration) area can provide a comprehensive overview, for example as ground shading maps or with façade shading shown as isosurfaces at intervals during the shading period.

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Aus Untersuchungen von Verankerungen externer Spannglieder mit Finite-Element-Berechnungen sowie aus Großmodellversuchen zur Spannkrafteinleitung externer Spannglieder wurde ein Stabwerkmodell für die Lastabtragung entwickelt. Die Beanspruchungen der Konsole und der angrenzenden Bauteile lassen sich mit vereinfachten FE-Modellen ermitteln. Bei Einhaltung eines Mindestdruckstrebenwinkels von ((alpha)) = 30° und Berücksichtigung der Wirkung der Vorspannkraft auf Basis der Zugfestigkeit des Spannstahls ist eine Reduzierung des bislang geltenden Sicherheitsbeiwertes möglich.

Zur Verankerung von Querkraftzulagen und offenen Bügeln im Brandfall mit 90°-Winkelhaken gibt es bisher nur wenige, teilweise widersprüchliche Informationen. Während beispielsweise gemäß Heft 525 des DAfStB (2010) 90°-Winkelhaken bei Querkraftzulagen und Anforderungen an die Feuerwiderstandsdauer ≥ R90 nicht auf einer brandbeanspruchten Plattenseite angeordnet sein sollen, wird im Heft 600 des DAfStB (2012) die Verankerung von Querkraftzulagen allgemein und von Schenkeln offener Hutbügel in der Druckzone mit 90°-Winkelhaken auch bei einer Feuerwiderstandsdauer ≥ R90 als ausreichend bezeichnet. Um zu dieser Frage weitere Erkenntnisse zu gewinnen, wurden an der TU Kaiserslautern Tastversuche zum Tragverhalten von 90°-Winkelhaken und 135°-Haken unter Brandbeanspruchung durchgeführt. Hierbei wurde sowohl das Tragverhalten im gerissenen als auch im ungerissenen Querschnitt untersucht. Kam es während des Brandversuchs innerhalb von 120 Minuten nicht zum Versagen der Haken, wurde die Resttragfähigkeit in einem Auszugversuch ermittelt. Es konnten signifikante Unterschiede im Tragverhalten der untersuchten Hakenformen gezeigt und Empfehlungen für die Praxis abgeleitet werden.

Anchorage of links in slabs under fire conditions
There are only a few contradictory statements concerning anchorage of links with 90°-standard bends in case of fire. Booklet 525 of the DAfStB (2010) recommends not to use these bends for a fire resistance class ≥ R90 on the fire stressed site of a plate. In booklet 600 of the DAStB (2012) anchorage of links and hat-shaped shear reinforcement in the compressive zone with 90°-bends is described also as sufficient. In order to gain further experience tests with 90°-bends and 135°-hooks under fire stress were carried out at TU Kaiserslautern. Load behavior of the bends in cracked and noncracked section was investigated. If failure did not occur during the 120 min test period the remaining load capacity was determined in a pull-out test. Significant differences between the load behaviors of the analyzed bending molds were found and recommendations for practice have been worked out.

Bei der Verstärkung älterer Brückenüberbauten durch externe Vorspannung erfolgt die Verankerung der zusätzlichen Längsspannglieder häufig über nachträglich ausbetonierte Stahlbeton-Ankerblöcke, die mit Quervorspannung schubfest an den bestehenden Überbau angeschlossen werden. Für die Bestimmung der Höhe der hierfür erforderlichen Quervorspannkraft wurde ein Bemessungskonzept entwickelt, das gegenüber bisherigen Rechenmethoden eine wirtschaftliche Auslegung der Verankerungselemente bei gleichzeitiger Schonung der vorhandenen Brückensubstanz ermöglicht. Die Festlegung der Gültigkeitsgrenzen dieses Konzepts erfolgte experimentell an Versuchskörpern mit wirklichkeitsnahen Abmessungen.

In einem von der Deutschen Forschungsgemeinschaft geförderten Projekt wurde das Trag- und Verformungsverhalten kammerbetonierter Verbundträger aus hochfestem Beton und hochfestem Stahl untersucht. Die rechnerische Erfassung des Kammerbetons erfordert die Beschreibung der Verbundmechanismen zwischen Kammerbeton und Stahlprofil. Hierzu wurde die Übertragung der Längsschubkraft zwischen Kammerbeton und Stahlprofil in Modell- und Biegeträgerversuchen unter positiver und negativer Momentenbeanspruchung untersucht. Durch die Entwicklung eines neuen Abscherversuchs konnte die Wirkungsweise von Kopfbolzendübeln sowohl bei druck- als auch bei zugbeanspruchtem Kammerbeton bestimmt werden. Die Verbundmechanismen am Biegeträger wurden anhand experimenteller Untersuchungen und dreidimensionaler nicht-linearer Finite-Elemente-Modelle lokalisiert und quantifiziert.

Die Richtlinien "Selbstverdichtender Beton" des Deutschen Ausschusses für Stahlbeton (DAfStb) schließen die Anwendung von SVB im Spannbetonbau wegen fehlender Versuche und Erfahrungen ausdrücklich aus. Daher wurden am Institut für Massivbau der RWTH Aachen erste Versuche zur Verbundverankerung bei Vorspannung mit sofortigem Verbund in selbstverdichtendem Beton durchgeführt. Insbesondere die Anwendung bei vorgespannten Fertigteilen läßt technische und wirtschaftliche Vorteile erwarten.

Für ein Gebäude mit einem Kern als aussteifendes lotrechtes Bauteil lässt sich für Biegebeanspruchungen mithilfe der Labilitätszahlen &agr;2y und &agr;2z auf einfache Weise beurteilen, ob eine Berechnung nach Theorie II. Ordnung erforderlich ist. Mit einer Berechnung zur Vernachlässigung des Nachweises von Verdrehbeanspruchungen sollen allgemeingültige Kriterien für die Aussteifung von Gebäuden mit einem Kern gewonnen werden.
Wenn bei einem für Biegebeanspruchungen genügend ausgesteiften Gebäude die Grundfläche eines über den Kern gestülpten Kegels mit einem Öffnungswinkel von 60° den Gebäudegrundriss vollständig überdeckt, kann auf weitergehende Nachweise nach Theorie II. Ordnung verzichtet werden, das Gebäude ist gegen Verdrehbeanspruchungen ausreichend ausgesteift.
Die Vorgehensweise ist durch Beispiele erläutert. Konstruktionsprinzipien zur Gebäudeaussteifung und baupraktische Angaben vervollständigen die Abhandlung.

Torsional rigidity by a core-stiffened building
For a building with a core of a perpendicular component for building stress, it can be evaluated, by means of simple assessment of lability numbers &agr;2y and &agr;2z if a calculation based on a theory II. order, is required. By means of calculation of non-fulfillment of the verification of torsional stress, general criteria for stiffening of buildings should be achieved by means of a core.
If the bending stress of a sufficiently stiffened building has an area of over the core inverted cones with an opening angle of 60°, the floor plan being completely covered, further evidence according to theory II. order can be dispensed. The building being sufficiently stiffened against torsional stress.
The procedure is illustrated by means of examples. Construction principles for structural building reinforcement and constructive conditions complete the treatise.

Für ein Gebäude mit Wandscheiben als aussteifenden lotrechten Bauteilen lässt sich für Biegebeanspruchungen mithilfe der Labilitätszahlen &agr;y2 und &agr;z2 auf einfache Weise beurteilen, ob eine Berechnung nach Theorie II. Ordnung erforderlich ist. Zum Nachweis von Verdrehbeanspruchungen ist der Aufwand erheblich größer. In den Normen und der Literatur sind Konstruktionsprinzipien angegeben, bei deren Einhaltung auf einen entsprechenden Nachweis verzichtet werden kann. Diese Regeln werden durch eine mechanisch anschauliche Ableitung ersetzt: Wenn bei einem für Biegebeanspruchungen genügend ausgesteiften Gebäude der Wölbradius größer als der Last-Trägheitsradius ist, kann auf weitergehende Nachweise nach Theorie II. Ordnung verzichtet werden, das Gebäude ist gegen Verdrehbeanspruchungen ausreichend ausgesteift.
Die Vorgehensweise ist durch Beispiele erläutert. Hinweise zu den Normen und baupraktische Angaben vervollständigen die Abhandlung.

Torsional stiffness by wall panels braced buildings
The bending stress of a building with wall panels of stiffening vertical components, can be assessed in a simple manner with the support of lability numbers &agr;y2 and &agr;z2 to verify whether a calculation according to theory II. order is required. The effort to verify twisting stress is considerably greater. The principal design is given in standard as well as in literature and can be dispensed with, in compliance to the supporting evidence. These rules are replaced by a mechanically illustrative derative: in case the warping radius is greater than the load-radius of gyration in a, for bending stress, sufficiently braced building, it is possible to dispense with further evidence. The building is braced sufficiently against torsional stress.
The procedure is illustrated by means of examples. Notes on the standard and practical construction details complete the treatise.

Mit der Überführung der ENV-Fassung des Eurocode 3 in die EN-Fassung ist es gelungen, die Stabilitätsregeln für stabförmige Bauteile (Knicken und Biegedrillknicken), für plattenförmige Bauteile (Plattenbeulen) und für Schalentragwerke (Schalenbeulen) durch die Einführung des Globalschlankheitsverfahrens zu harmonisieren. Die Abminderungsbeiwerte werden über Knick- bzw. Beulkurven bestimmt, wobei der globale Schlankheitsgrad von dem Tragwerk und der Belastungssituation abhängt. Es wird das Vorgehen sowie die Bestimmung der Teilsicherheitsbeiwerte mit Versuchsergebnissen nach EN 1990, Anhang D - Versuchsgestützte Bemessung - vorgestellt. Das Globalschlankheitsverfahrens erlaubt die Bemessung von Bauteilen und Tragwerken, die mit den bisherigen Verfahren nicht nachgewiesen werden konnten.

Der bisher in der Bemessungspraxis wegen seiner Einfachheit bevorzugte Nachweis der Biegeschlankheit als Ersatz einer komplizierten Durchbiegungsberechnung kann nach den vorliegenden Untersuchungsergebnissen mit einigen Modifikationen weiterhin als ausreichend und ingenieurmäßig angesehen werden. Zur Erfassung des Einflusses der Bauteilgeometrie auf die Bauteilverformungen wird für die Anwendung in der Praxis ein Näherungsansatz vorgeschlagen, bei dem zwischen Balken- und Plattentragwerken unterschieden wird.