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Inhalt: Bautechnik 8/2019Bautechnik8/2019Inhalt

Abstract

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Titelbild: Bautechnik 8/2019Bautechnik8/2019Titelbild

Abstract


Zum Titelbild:
Im Rahmen der EUGAL (Europäische Gasanbindungsleitung) von Lubmin nach Deutschneudorf war die Elbe bei Meißen zu kreuzen.
Das erforderliche Dükerbauwerk wurde in offener Bauweise errichtet und stellte aufgrund des hohen Gewichtes des Dükers hohe Anforderungen an die Ausführung. Die Medienrohre samt der Auftriebssicherung wiegen ca. 4 t/m und verursachen somit ein Düker-Gesamtgewicht von 905 t. Hieraus wiederum resultieren hohe Anforderungen an die Einzugstechnik respektive Windentechnik. Genaueres ist dem Bericht auf Seite A4 zu entnehmen.
(Foto: HÜLSKENS)

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Helfers, BjörnWiederanbindung des historischen Hafens Bad Karlshafen an die Weser - "Fertig vor Fristende"Bautechnik8/2019595-600Berichte

Abstract

Bad Karlshafen an der Nordspitze Hessens ist der geplante Traum. Der Gründer Landgraf CARL ließ das sumpfige Gebiet an der Mündung der Diemel in die Weser 1699 trockenlegen, um dort eine Barockstadt vom Reißbrett rund um ein Hafenbecken anzulegen. Das Hafenbecken inmitten der neuen Stadt wiederum sollte - ganz im Denken der Epoche - den Besatzungen der einfahrenden Schiffe ein prachtvoller Hinweis auf den Herrscher sein. Indem er solches mit den modernsten Techniken der Zeit erschaffen ließ, zeigte der Landgraf, dass es ihm sogar gelang, die Natur zu beherrschen und das Landschaftsbild regelrecht zu inszenieren. Die historische Schleuse zur Weser hin versieht ihren Dienst schon lange nicht mehr und die Brücke über die einstige Hafeneinfahrt wurde zum befestigten Straßendamm, der das Becken für Schiffe von der Zufahrt zur Weser abriegelt. Dies wurde durch die Wiederanbindung des Hafens Bad Karlshafen an die Weser korrigiert und der Hafen damit wieder zur Weser hin geöffnet.

Reconnecting the historical harbor Bad Karlshafen to the river Weser - Expedient lock planning
Bad Karlshafen is a beautiful planned town at the northern tip of Hesse. In 1699 the founder, Earl CARL, ordered to drain the swampy area at the Diemel Estuary where it joined the Weser for creating a baroque town around the basin. The new town in the basin was designed to impress the crews of incoming ships with its marvelous architecture. For that the Earl used state-of-the-art technology at the time which demonstrated his mastery over the landscape and nature. At present the historic lock doesn't operate and the bridge over the former harbor entrance is now a road embankment. This was changed and the historical harbor is reconnected to the river Weser.

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Erfolgreiche Realisierung komplexer BauvorhabenBautechnik8/2019600Nachrichten

Abstract

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Walter, Bernd; Englert, R√ľdiger; Piewak, SebastianErsatzneubau Hochwassersperrtor LadenburgBautechnik8/2019601-608Berichte

Abstract

Das 1931 in Betrieb gegangene Hochwassersperrtor Ladenburg wird durch einen Neubau ersetzt. Es wird ab einem Hochwasser mit einem Wiederkehrintervall von zwei Jahren geschlossen und schützt damit die sich entlang des Seitenkanals befindlichen Industrie- und Wohngebiete vor Überflutung.
Bei der Planung und Umsetzung der Maßnahme sind insbesondere die Sicherstellung der ganzjährigen Einsatzbereitschaft der bestehenden Anlage und auch die Minimierung der Einschränkungen der Schifffahrt während der Bauzeit zu berücksichtigen. Der Bauablauf sieht vor, die Gesamtmaßnahme mit wenigen Wochenend- und Nachtsperrpausen zu realisieren.
Der Ersatzneubau erfolgt im Unterwasser des alten Sperrtors. Damit befindet sich die Baumaßnahme in dessen Schutze und das Baufeld ist dadurch während der Bauzeit weitestgehend hochwassersicher. Es wird als Drucksegmenttor mit zweiseitigem hydraulischem Antrieb erstellt.
Bei der Umsetzung der Maßnahme ist dem Standardisierungsgedanken Rechnung zu tragen.

Construction of the new flood barrage Ladenburg
A new flood barrage construction will replace the old construction, put into use in 1931. For the protection of the industrial and residual areas nearby the artificial canal will be closed if a flooding situation with a return period of two years occurs.
During planning and implementation of the new construction, it was important to ensure the operational readiness of the existing flood barrage and also to minimize the restrictions on shipping during the construction period.
As the construction of the new barrage will take place mainly at nights and on weekends only some closures for ships will be necessary, therefore ensuring full operational capability. Furthermore, by constructing the replacement of the old flood barrage below its current state, the project is protected by the old construction and therefore largely flood-safe.
The design is a radial gate with two-sided hydraulic drive. While implementing the measure the idea of standardization has to be taken into account.

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Symposium Ingenieurbaukunst - Design for Construction am 22. November in StuttgartBautechnik8/2019608Nachrichten

Abstract

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Lutz, Matthias; Henze, Lukas; Stephan, Christoph; Korytko, FlorianL√∂sungsans√§tze f√ľr den Neubau der h√∂chsten Sparschleuse der WeltBautechnik8/2019609-616Berichte

Abstract

Aufgrund der gestiegenen Anforderungen aus der Schifffahrt sowie des absehbaren Endes der Nutzungsdauer des Schiffshebewerks in Scharnebeck ist der vorgezogene Ersatzneubau einer Schleuse am Elbe-Seitenkanal zur Engpassbeseitigung beabsichtigt. Die Schleuse soll mit einer nutzbaren Kammerlänge von 225 m auch für längere Schiffstypen und Verbände passierbar sein. Die enorme Hubhöhe von 38 m des nahezu freistehenden Bauwerks und die damit einhergehenden erheblichen Wasserdrücke sind mit herkömmlichen U-förmigen Tragsystemen nicht mehr beherrschbar und erfordern aus statischer und hydraulischer Sicht neue technische Lösungsansätze, die derzeit in Zusammenarbeit von der Bundesanstalt für Wasserbau (BAW) mit dem Neubauamt Hannover (NBA Hannover) erarbeitet werden.

Solution approaches for the new construction of the world's highest water-saving lock
Due to the increased demands of shipping and the expiring service life of the Scharnebeck ship lift, the early replacement by a navigation lock on the Elbe Lateral Canal is intended to remove the bottleneck. The chamber of the new lock will have a usable length of 225 m, allowing longer types of ships and ship convoys to pass. Because of the enormous lift of 38 m of the nearly free standing structure, the corresponding significant water pressures are no longer manageable with conventional U-shaped bearing systems. From a static and hydraulic point of view new technical solutions are required, which are currently worked out in a cooperation between the Federal Waterways Engineering and Research Institute (BAW) and the Federal Waterways and Construction Office Hannover (NBA Hannover).

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K√ľhnel, Markus; Siepenk√∂tter, Johannes; Siegel, Rainer; Sch√ľrmanns, Marco; Althoff, Marc; Fritschi, Niklaus; Bader, AnneAbwasserkanal Emscher - Pumpwerk Oberhausen - Besondere Herausforderungen auf der Zielgeraden zur AbwasserfreiheitBautechnik8/2019617-625Berichte

Abstract

Bei dem Generationenprojekt Emscher-Umbau werden durch die Emschergenossenschaft drei große Abwasserpumpwerke errichtet. Mit den Bauarbeiten des größten Pumpwerks in Oberhausen wurde Anfang 2016 begonnen, die Fertigstellung wird für Ende 2020 angestrebt.
Das Pumpwerk Oberhausen fördert zukünftig die ankommende Abwassermenge von max. 15,3 m3/s aus einer Tiefe von rd. 40 m, die Jahresfördermenge wird bei rd. 160 Mio. m3 liegen.
Auf dem Weg bis zu seiner Fertigstellung bildet das Pumpwerk einige Herausforderungen für alle Projektbeteiligten, die es gemeinschaftlich zu bewältigen gilt. In erster Linie sind neben einem technisch sehr anspruchsvollen Bauwerk die engen zeitlichen Vorgaben zu sehen, um das vorgegebene Ziel der Abwasserfreiheit in 2021 sicherstellen zu können.
Zu nennen sind hier weiterhin die Anbindung der beiden in Tübbingbauweise erstellten Abwasserkanäle an das zu erstellende Bauwerk, Anforderungen hinsichtlich des Korrosionsschutzes der Bauteile, die geforderte hohe Qualität an die Planung zur Sicherstellung eines möglichst störungsfreien Bauablaufs, die vorausschauende Klärung der Schnittstellen, insbesondere der Lose Bau, M- und E-Technik, sowie eine koordinierte Arbeitsvorbereitung und qualitativ hochwertige Umsetzung der Leistungen durch die ausführende Baufirma.
Das Pumpwerk Oberhausen dient der Emschergenossenschaft auch als Pilotprojekt für die Anwendung der BIM-Methodik, welche als weiteres Hilfsmittel zur Einhaltung der anspruchsvollen Projektvorgaben genutzt werden kann.
Die Lage des Pumpwerks am Beginn des zukünftigen ökologischen Schwerpunkts des Holtener Bruchs hat die Emschergenossenschaft bewogen, den Standort architektonisch-gestalterisch hervorzuheben und als Landmarke zu gestalten.

Emscher sewer - pumping station Oberhausen
Three large sewage pumping stations are being built by the Emschergenossenschaft as part of the Emscher conversion project. Construction work on the largest pumping station in Oberhausen began at the beginning of 2016; completion is scheduled for the end of 2020. In the future the Oberhausen pumping station will pump the incoming wastewater volume of max. 15.3 m3/s from a depth of approx. 40 m, the annual pumping volume will be around 160 million m3. On the way to its completion, the pumping station poses a number of challenges for all people who are involved in the project. In addition to a technically very demanding structure, the tight time schedule must also be taken into account in order to be able to guarantee the goal of an effluent free Emscher river in 2021. The pumping station also serves the Emschergenossenschaft as a pilot project for the application of BIM.

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Lechtenberg, Jan-Willem; Tinnemann, PeterSchlauchwehre an französischen Wasserstraßen - 29 Wehranlagen - sechs Jahre von der Planung bis zur InbetriebnahmeBautechnik8/2019626-631Berichte

Abstract

Die Wasser- und Schifffahrtsverwaltung Frankreichs betreibt mehr als 500 Wehranlagen. Im Zuge der Modernisierung der Wasserstraßen erfolgte 2010 die Ausschreibung für den Ersatz und Rückbau von 29 manuell betriebenen Nadelwehren sowie deren Betrieb über einen Zeitraum von 30 Jahren. Das Barrages Aisne Meuse wird als PPP-Projekt ausgeschrieben. Der Zuschlag wird Anfang 2013 an das Konsortium BAMEO vergeben. Die Planung sieht vor, alle 29 manuell betriebenen Nadelwehre durch Schlauchwehranlagen zu ersetzen. Damit werden bei diesem Projekt erstmalig Schlauchwehre als technische Lösung für ein zusammenhängendes Infrastrukturprojekt angewendet. Floecksmühle Energietechnik GmbH erhält den Auftrag für die Planung und Lieferung der Schlauchwehranlagen und der dazugehörigen technischen Ausrüstung. Die Gesamtkosten für Planung, Bau sowie Wartung und Betrieb betragen 312 Mio. Euro. Die Projektdauer von 2013-2020 beinhaltet lediglich vier Jahre Bauzeit. Das Design der Schlauchwehranlagen und alle Prozesse werden daher in hohem Maße standardisiert. Darüber hinaus bieten Schlauchwehranlagen den Vorteil eines transport- und montagefreundlichen Systems mit kurzen Montagezeiten. Durch die erfolgreiche Umsetzung dieser Planungsgrundsätze und durch die effizient gestalteten Montageprozesse sind die Bauarbeiten im Januar 2019 an allen 29 Wehranlagen abgeschlossen und die ersten 20 Anlagen in Betrieb.

Rubber dams on French waterways
Voies Navigables de France (VNF) is the French navigation authority responsible for the management of the majority of France's inland waterways network and the associated facilities. VNF operates more than 500 weirs, including 150 manual weirs. In 2010, VNF prepared a tender to replace 29 manually operated needle weirs in the North East of France. The old weirs, located on the Aisne and Meuse rivers, were installed at the end of the 19th century. Among the possible solutions for the replacement of the old dams, inflatable gates prove to be a technically and economically attractive solution, both in investment and operation and maintenance. After few years of studies, the inflatable technology was chosen for this project. The works started in 2015 and have to be finished before 2020. With an average gate height of 2.2 m, the total length of the 75 rubber gate spans to be installed will reach around 2 500 m. This article outlines the context of this project, which will concern more than 200 km of waterways. In January 2019 works on all 29 rubber dams have been finished and the first 20 weirs have been commissioned.

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Ma√ümann, Birgit; Neif, Simon; Renze, HelmutPlanung und Umsetzung von f√ľnf gro√üen Bauprojekten an der Dortmund-Ems-Kanal-NordstreckeBautechnik8/2019632-637Berichte

Abstract

Die Nordstrecke des Dortmund-Ems-Kanals (DEK), auch “Schleusentreppe Rheine” genannt, beinhaltet auf einem Streckenabschnitt von 29 km die großen Schleusen Bevergern, Rodde, Venhaus, Hesselte und Gleesen. Die Bauwerke sind rd. 100 Jahre alt und müssen in den kommenden Jahren durch Neubauten ersetzt werden. Die neuen Schleusenbauwerke erhalten Kammern mit 140 m Nutzlänge und 12,50 m Breite. Die Schleusen Bevergern und Gleesen am Anfang und am Ende der Schleusentreppe sind als Sparschleusen in Massivbauweise vorgesehen.
Maßgebenden Einfluss auf die Planung und die Vergabe haben die z. T. noch laufenden Planfeststellungsverfahren in den beiden Bundesländern, Standardisierungsanforderungen sowie übergeordnete Zwänge aus dem standortübergreifenden Bodenmanagement.
Als zusätzliche Anforderung waren nach Abschluss der Entwurfsbearbeitung Gleesen aktuelle Erkenntnisse zur Grundwasserbelastung aus kalklösender Kohlensäure zu berücksichtigen. Dies machte eine grundlegende Überarbeitung der Planungs- und Vergabeunterlagen, insbesondere für die Verankerungselemente der Schleusenbaugrube, der Sparbeckenkonstruktion sowie der Uferwände in den Vorhäfen, erforderlich. Die genannten baugrundinduzierten Änderungen hatten unweigerlich Auswirkungen auf Vergabetermine, Bauzeiten und Baukosten.
Die einzelnen Schleusenstandorte werden in jeweils drei bis sechs Vergabeeinheiten ausgeschrieben. Hierfür sind eindeutige Bauzwischenzustände zu definieren. Mit der Schleuse Gleesen ging die erste Maßnahme im Rahmen von vier Vergabeverfahren in die Bauausführung. Für den Bauabschnitt 2 - Schleusenanlage samt Nebenbauwerke - erfolgte die Beauftragung im Juli 2018.
Neben der Bauausführung werden die Bau-AN auch mit der Ausführungsplanung beauftragt (Ausnahme: Stahlwasserbau).
Durch den Umfang der zu berücksichtigenden Randbedingungen ergeben sich höchste Anforderungen an die Vergabeunterlagen (Genehmigungs- und privatrechtliche Forderungen, Geotechnik, Hydrogeologie, Berechnungsgrundlagen, Mindestanforderungen an Nebenangebote etc.) sowie an die vertragliche Gestaltung (Fristen, Schnittstellen, Abnahmen etc.).

northern section of the Dortmund-Ems-Canal
The northern section of the Dortmund-Ems-Canal (DEK), also known as “Schleusentreppe Rheine”, includes on a leg of 29 km the big locks Bevergern, Rodde, Venhaus, Hesselte and Gleesen. The structures are approx. 100 years old and must be replaced by new constructions in the next years. The new locks receive chambers with an effective length of 140 m and a width of 12.50 m. The locks Bevergern and Gleesen at the beginning and the end of the section are planned as locks with saving basins and as massive constructions.
The planning approval procedures in both federal states, standardization requirements as well as superior constraints from the soil management have significant influence on the ongoing planning and contracting processes.
As an additional requirement and after the finishing of the draft planning the latest results on lime dissolving carbonic acid had to be included. Therefor the planning and tender documents had to be basically redesigned, especially for the anchoring elements of the excavation pit, the saving basin and the waterfront walls of the exit basins. These subsoil indicated modifications had inevitable impact on tender dates as well as on construction time and costs.
The locks will be in each case tendered in three up to six contract units. Therefor the intermediate construction results of each contract must be clearly defined. The lock Gleesen was the first to be built within the scope of four contract units. The commissioning of the contract unit 2 - lock with auxiliary structures - took place in July 2018.
Besides the building part the construction companies are commissioned with the execution planning (exception: hydraulic steel structures). The amount of boundary conditions results in highest demands for the tender documents (permitting and private-law demands, geotechnics, hydrogeology, calculation basis, minimum requirements for alternative tenders etc.) as well as for the contractual design (time limits, interfaces, approvals etc.).

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G√ľnzl, TobiasKreuzfahrthafen mit Landstromanlage - Nachhaltige Entwicklung der Kreuzschifffahrt in Rostock-Warnem√ľndeBautechnik8/2019638-642Berichte

Abstract

Der Boom der Kreuzschifffahrt im Ostseeraum ist ungebrochen. Rostock-Warnemünde ist einer der bedeutendsten Standorte für die Kreuzschifffahrt in Deutschland und wird perspektivisch durch den Bau eines neuen Mehrzweckhafens auf einer Industriebrache in unmittelbarer Nähe zum Warnemünder Cruise Center nachhaltig entwickelt. Als erster Bestandteil der weiteren Entwicklungen des maritimen Tourismus wird unter Berücksichtigung der örtlichen Gegebenheiten am Standort Warnemünde eine Landstromanlage für Kreuzfahrtschiffe mit dem Ziel errichtet, die Kreuzschifffahrt in Rostock umweltfreundlicher auszurichten. Durch die Nutzung von Landstrom können Schiffe während ihrer Liegezeit im Hafen ihren CO2-Ausstoß sowie ihre Schallemission deutlich verringern. Im Auftrag der Hanse- und Universitätsstadt Rostock werden die Planungs- und Ingenieurleistungen sowie das Genehmigungsmanagement und die Bauoberleitung durch die Inros Lackner SE als Generalplaner durchgeführt. In diesem Beitrag wird auf die Planung und die Realisierung der Landstromanlage näher eingegangen.

Cruise port with shore power - sustainable development of cruise shipping in Rostock-Warnemünde
The boom in cruise shipping in the Baltic Sea region continues unabated. Rostock-Warnemünde, one of Germany's most important cruise shipping locations, is to be sustainably developed by the construction of a new multi-purpose port on a formerly industrial site in the immediate vicinity of the Warnemünde Cruise Center. As a first component of the further development of maritime tourism in the area, taking into account the local circumstances at the Warnemünde location, a shore power station for cruise ships is to be built with the aim of making cruise ship transport in Rostock more environmentally friendly. By using shore power, ships can significantly reduce their exhaust gases and noise emissions while docked in port. On behalf of the Hanseatic and university city of Rostock, Inros Lackner SE, as general planner, provides planning, engineering, approval management and construction management services. In this article, the planning and construction of the shore power station is described.

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Gro√ü, Thomas; Wa√ümuth, KlausR√ľckbau eines D√ľkers durch die Unterelbe bei HetlingenBautechnik8/2019643-649Berichte

Abstract

Im Jahr 1973 wurde für den Gastransport sowie Telekommunikationskabel ein Düker, bestehend aus drei Stahlrohren mit 700 mm Durchmesser, gebaut. Aktuell fehlte hier im Rahmen der anstehenden Elbvertiefung die nötige Überdeckung für die Betriebssicherheit des Dükers. Aus diesem Grund musste nach dem Bau eines neueren, tiefer gelegenen Dükers der alte Düker ausgebaut werden. Über die Technik und die Besonderheiten des Dükerrückbaus wird hier berichtet. Die Bauaufgabe war einmalig und neu. Sie stellte die Planung und Ausführung vor große Herausforderungen.

Removal of a dive culvert through the river Elbe near Hetlingen
In 1973, a culvert was constructed through the Elbe river consisting of three steel pipes with a diameter of 700 mm for the transport of gas and telecommunications cables. At present, there was no sufficient cover for the operational safety of the culvert within the framework of the upcoming deepening of the Elbe. For this reason, the old culvert had to be removed following the construction of a newer lower situated culvert. The technology and special features of culvert deconstruction are reported on here. The construction task was unique and new and posed major challenges in terms of planning and execution.

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Bautechnik aktuell 8/2019Bautechnik8/2019651-654Bautechnik aktuell

Abstract


Persönliches:
Ehrendoktorwürde für Univ. Prof. Dr.-Ing. habil. Theodoros Triantafyllidis

Von der Baustelle: Hochmoselbrücke: “Wir sind neue Wege gegangen”

Nachrichten: Praxistag Kranbahnen am 19. November im KranHaus Gummersbach

Rezension: Holzer, S. M.; Tragbar, K.; Rauhut, Chr.; Meyer, T.; Krafczyk, Chr. (2019) “Mit den wohlfeilsten Mitteln dauerhaft, feuersicher und bequem”. Sparsamkeit als Prinzip, Rationalität als Weltsicht?

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Kongresse - Symposien - Seminare - MessenBautechnik8/2019654-656Veranstaltungskalender

Abstract

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Inhalt: Beton- und Stahlbetonbau 8/2019Beton- und Stahlbetonbau8/2019Inhalt

Abstract

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Titelbild: Beton- und Stahlbetonbau 8/2019Beton- und Stahlbetonbau8/2019Titelbild

Abstract


Zum Titelbild:
Wohnräume richtig planen ist eines der zentralen Themen unserer Zeit. Der Wohnungsbau bietet viele verschiedene Möglichkeiten für eine moderne und sozial verträgliche Gestaltung. Das bezieht sich auf die Funktion und Wirtschaftlichkeit sowohl für den Neubau, die Sanierung oder das Bauen im Bestand. Es sind vielfältige Aufgaben, die in einem ganzheitlichen Konzept gebündelt werden. Beispielhaft werden drei Projekte der Inros Lackner Architekten und Ingenieure vorgestellt. Die ersten beiden Projekte sind Wohnungsbauten in der Hanse- und Universitätsstadt Rostock: Der Neubau eines Ensembles mit unterschiedlichen Wohnbereichen sowie ein sozialer Wohnungsbau - eine vorhandene Blockbildung mit neuer Kernbebauung. Trotz des vorgegebenen Kostenrahmens mit Standardanforderungen wurden in dem architektonischen Entwurf moderne neue Strukturen integriert. In Phnom Penh der Hauptstadt von Kambodscha wurde der Neubau eines Wohnquartiers vom Entwurf bis zur Bauüberwachung begleitet. (Abb.: Inros Lackner)

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Marx, SteffenBetonerm√ľdung - gibt's das wirklich oder nur im Labor?Beton- und Stahlbetonbau8/2019525Editorials

Abstract

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Schmitt, Daniel; K√ľhn, Tino; Millon, Oliver; Stolz, Alexander; Nau, Siegfried; Curbach, Manfred; Thoma ?, KlausStrukturdynamisches Verhalten von Stahlbetonplatten unter Impakteinwirkung bei variablen GeschwindigkeitenBeton- und Stahlbetonbau8/2019526-536Fachthemen

Abstract

In Erinnerung an Klaus Thoma
Der vorliegende Beitrag stellt die wesentlichen Ergebnisse umfangreicher experimenteller Untersuchungen zur Analyse von Stahlbetonplatten unter Impaktbelastung dar. Die vorgestellten Arbeiten erfolgten in Zusammenarbeit zwischen dem Fraunhofer Institut für Kurzzeitdynamik - Ernst-Mach-Institut (EMI) und der Technischen Universität Dresden (TUD), innerhalb des durch die DFG geförderten nationalen Forschungsprojekts “Impakt auf Betonstrukturen - Experiment und Simulation”. In den durchgeführten Experimenten wurde die Einwirkung eines sogenannten harten Stoßes, bei dem die kinetische Energie nahezu vollends in die Struktur eingeleitet wird, für unterschiedliche Geschwindigkeitsbereiche (4,2-6,0 m/s; 44-67 m/s und 200-274 m/s) studiert. Die hervorgerufenen Versagensphänomene und die dynamische Strukturantwort wurden über entsprechend umfangreiche Messtechnik (Dehnungsmessstreifen, Drucksensoren, Lasermesstechnik und Hochgeschwindigkeitskameras) erfasst. Die somit gewonnene Datengrundlage für Bereiche niedriger wie auch hoher Verzerrungsraten dient sowohl dem Verständnis der Zusammenhänge zwischen lokaler Schädigung und globaler Strukturantwort, als auch zur Adaption bestehender Materialmodelle, der Entwicklung von Ingenieurmodellen und der Validierung numerischer Berechnungen.

Structural dynamic behavior of reinforced concrete slabs under impact loads for variable velocities
The present paper describes essential results of comprehensive experimental investigations of the analysis of rc-slabs under impact loads. The presented work was done in collaboration between the Fraunhofer Institute for High-Speed Dynamics - Ernst-Mach-Institut (EMI) and the Technical University of Dresden (TUD) in the national research project “impact on concrete structures - experiment and simulation” sponsored by the DFG (Deutsche Forschungsgemeinschaft). In a comprehensive test series the loading of a so-called hard impact - that means the kinetic energy is almost completely introduced in the structure - was studied for different velocity ranges (4.2-6.0 m/s; 44-67 m/s and 200-274 m/s). The resulting damage phenomena and the dynamic structural response were measured by extensive instrumentation (strain gauges, pressure sensors, laser and high-speed cameras). The received data for low and high strain rates serves for the general understanding of the relations between local transient loading and global structural response. It is the basis for the adaption of existing material models, the development of engineering models and the validation of numerical calculations.

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Heek, Peter; Mark, PeterErm√ľdung von Beton bei mehrachsiger und mehrstufiger BeanspruchungBeton- und Stahlbetonbau8/2019537-547Fachthemen

Abstract

Betonstrukturen wie Verkehrsflächen oder Industrieböden sind zyklischen Beanspruchungen aus Verkehr oder Maschinenvibrationen ausgesetzt. Zur Abschätzung der Ermüdungslebensdauer dienen Wöhlerlinien, die in der Regel experimentell an Referenzprobekörpern bei einachsiger Beanspruchung konstanter Frequenz, Amplitude und Oberspannung validiert werden. Unter realen Betriebsbedingungen treten Einwirkungen jedoch häufig mehrachsig und mit variabler Lasthöhe auf, sodass die im Zeitverlauf progressiv zunehmende Materialschädigung rechnerisch zu akkumulieren ist. In der Praxis hat sich dazu die lineare Akkumulationsregel nach Palmgren-Miner etabliert, obwohl diese bekannte Effekte aus der Belastungsreihenfolge vernachlässigt. Im Beitrag wird zunächst das Wöhlerkonzept durch Einführung einer Vergleichsspannung auf mehrachsige Spannungszustände erweitert und anschließend ein modifizierter Schädigungsakkumulationsansatz entwickelt, welcher die Auswirkungen von Be- und Entlastungen mehrstufiger Lastprozesse auf verbleibende Bruchlastspielzahlen berücksichtigt. Der Ansatz wird anhand von Literaturdaten verifiziert und in Form eines Bemessungshilfsmittels zur praktischen Nutzung aufbereitet. Die Anwendung ist am Beispiel demonstriert.

Fatigue of concrete under multiaxial and multistage loads
Concrete structures like traffic areas or industrial floors are subjected to cyclic loads induced by traffic or machine vibrations. To assess fatigue lifes, Wöhler-curves serve, which are usuallay validated by experiments. During testing the reference specimens are exposed to uniaxial and constant amplitude fatigue although in practice cyclic loads often occur multiaxial and with alternating frequency and magnitude. As a consequence the material's progressively increasing degradation has to be mathematically captured for design purposes until failure. In this regard, the linear accumulation hypothesis of Palmgren-Miner is well established although it neglects distinct sequence effects. In the paper, Wöhler's concept is generalized to multiaxial stress states by introducing an equivalent stress. Additionally, a modified damage accumulation procedure is derived to gather the impact of increasing or decreasing loads on residual numbers of cycles to failure in case of variable amplitude fatigue. The approach is verified to experimental data taken from the literature and elaborated to a design chart. Its practical application is demonstrated exemplarily.

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Bode, Matthias; Marx, Steffen; Vogel, Albert; V√∂lker, ConradDissipationsenergie bei Erm√ľdungsversuchen an Betonprobek√∂rpernBeton- und Stahlbetonbau8/2019548-556Fachthemen

Abstract

Aufgrund des visko-elasto-plastischen Materialverhaltens von Beton wird Probekörpern und Bauteilen infolge zyklischer Beanspruchungen Energie zugeführt. Die entsprechenden Energiegrößen werden durch Hystereseflächen der Spannungs-Dehnungslinien beschrieben. In der Literatur finden sich dabei unterschiedliche Ansätze, wofür diese Energie verwendet wird. Erste Untersuchungen zeigen, dass zumindest ein Teil dieser dissipierten Energie in thermische Energie umgewandelt wird. Mithilfe der in diesem Beitrag beschriebenen Methodik lassen sich diese Energiegrößen für jeden Lastwechsel eines Ermüdungsversuchs schnell und zuverlässig bestimmen. Anschließend wurden mit dem implementierten Algorithmus die dissipierten Energien von insgesamt 27 zyklischen Versuchen ausgewertet. Analog zu der Dehnungsentwicklung und der Steifigkeitsdegradation weisen auch die Verläufe der dissipierten Energie über die Lastwechselzahl einen dreiphasigen Verlauf auf. Die Auswertung zeigt außerdem eine Korrelation zwischen der Bruchlastwechselzahl und der dissipierten Energie. Auch der Zusammenhang zwischen Probekörpererwärmung und dissipierter Energie konnte bestätigt werden.

Dissipation energy during fatigue tests on concrete specimens
Due to the visco-elastoplatic material behaviour of concrete, energy is supplied to specimens and components as a result of cyclic loading. Hysteresis areas of stress-strain curves describe the corresponding energy quantities. There are different approaches in the literature for what this dissipated energy is used. First studies indicate that at least a part of this energy is transformed into thermal energy. Using the described algorithm, the dissipated energy quantities for every load cycle of a fatigue test can be calculated quickly and reliably. The analysis of fatigue tests of 27 concrete specimens shows similarities of the development of the dissipated energy per load cycle with the strain development and the degradation of the stiffness during fatigue tests. Furthermore, a correlation between the number of load cycles to failure and the quantity of dissipated energy per load cycle was determined. In particular, the connection between the dissipated energy and the warming of the concrete specimens was verified.

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Furche, Johannes; Bauermeister, Ulrich; Kummerow, Andreas; Hillebrand, MatthiasDurchstanzen bei Erm√ľdungsbeanspruchung - Europ√§ische Technische Bewertung mit Nachweiskonzept nach Technischem Bericht EOTA TR 058Beton- und Stahlbetonbau8/2019557-564Fachthemen

Abstract

In punktförmig gestützten Flachdecken ist ein ausreichender Durchstanzwiderstand sicherzustellen. Wird die Decke ermüdungsrelevant beansprucht, ist im Rahmen der Bemessung auch der Ermüdungswiderstand nachzuweisen. Eurocode 2 fordert für Stahlbetonbauteile separate Ermüdungsnachweise gegen Betonversagen und Versagen der Bewehrung. Dieses Nachweiskonzept ist im aktuellen Eurocode 2 für einen Durchstanzbereich mit erforderlicher Durchstanzbewehrung nicht umfassend dargelegt. Für die Filigran®-Durchstanzbewehrung wurde im Rahmen der Europäischen Technischen Bewertung ETA-13/0521 ein solches Nachweiskonzept auf der Grundlage des Technischen Berichtes EOTA TR 058 formuliert. Danach ist sowohl die Durchstanzbewehrung auf der Grundlage einer ermittelten Wöhlerlinie nachzuweisen als auch ein Ermüdungsnachweis gegen Betonversagen, das den maximalen Durchstanzwiderstand bestimmt, zu führen. Dieses Nachweiskonzept wird im Beitrag erläutert.

Punching Shear under Fatigue Load - European Technical Assessment with Design Concept according to Technical Report EOTA TR 058
Sufficient punching shear resistance of flat slabs has to be ensured. In case of fatigue load the fatigue resistance has to be proved as a part of the design. Eurocode 2 requires in case of reinforced concrete structures separate verifications of the concrete and the reinforcement. In the Eurocode 2 the design concept in the case of a reinforced punching shear area is not presented comprehensively. For the Filigran®-Punching Shear Reinforcement such a design concept is determined in the European Technical Assessment ETA-13/0521 based on the Technical Report EOTA TR 058. Accordingly both the punching shear reinforcement on the basis of a S-N-Curve and the concrete fatigue resistance, which determines the maximum punching shear resistance, have to be verified. This design concept is described in this article.

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Hillebrand, Matthias; Hegger, JosefErm√ľdungsversuche an profilierten Spannbetontr√§gern unter QuerkraftbeanspruchungBeton- und Stahlbetonbau8/2019565-574Fachthemen

Abstract

Die Anforderungen an Brückenbauwerke erhöhen sich seit Jahren durch steigende Verkehrszahlen, die insbesondere bei Brücken im Bestand zu einer hohen Ausnutzung der Querkraftbewehrung unter zyklischer Belastung führen. Zur Beschreibung des Ermüdungstragverhaltens von querkraftbewehrten, profilierten Spannbetonbalken unter zyklischer Querkraftbeanspruchung wurden am Institut für Massivbau der RWTH Aachen Versuche durchgeführt, um insbesondere die Einflüsse aus Querkraftbewehrungsgrad, Oberlast und Amplitude zu untersuchen. Die Versuche mit einem Querkraftbewehrungsgrad von ca. 0,67 % ergänzen bereits in der Vergangenheit getestete Balken mit geringerer bzw. ohne Querkraftbewehrung. Die zyklische Belastung führt zu einem sukzessiven Versagen der Querkraftbewehrung und ausgeprägten Umlagerungen der Kräfte, die sich über mehrere Hunderttausend Lastwechsel erstrecken. In den Versuchen wurden deutlich größere Lastspielzahlen erreicht, als sich nach aktuellen Nachweisen für Querkraft unter Ermüdung ergeben. Im Rahmen des Beitrags werden die Ergebnisse von sechs neuen Versuchen mit I-Profil vorgestellt.

Fatigue tests on profiled prestressed concrete beams under shear load
The demands on bridge structures have been increasing for years as a result of rising traffic volume, especially in freight traffic. This also results in augmented requirements regarding the shear resistance, in particular under cyclic loading. To describe the fatigue behavior of profiled prestressed concrete T- and I-beams under cyclic shear loading, tests were carried out at the Institute for Structural Concrete at RWTH Aachen University. In particular, the effects of different shear reinforcement ratios, maximum loads and shear force amplitudes were investigated. The tests with a shear reinforcement ratio of approx. 0.67 % represent a supplement to test series carried out in the past with less or without shear reinforcement. The cyclic loading leads to a successive failure of the shear reinforcement and a subsequent rearrangement of forces, which happens during an interval extending over several hundred thousand load cycles. In the tests, significantly more load cycles are achieved than calculated by current design approaches for shear due to fatigue. The results of the six most recent tests on I-beams will be presented in the following article.

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BAUKONGRESS 2020 - Verlängerung des Call for Papers bis 16. September 2019Beton- und Stahlbetonbau8/2019574Nachrichten

Abstract

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Birkner, Dennis; Marx, SteffenSpannungsumlagerungen bei erm√ľdungsbeanspruchten Spannbetonbalken im numerischen Modell und VersuchBeton- und Stahlbetonbau8/2019575-583Fachthemen

Abstract

Mithilfe eines Resonanzprüfstands werden vorgespannte Betonbalken bis in den Very-High-Cycle-Fatigue Bereich auf Ermüdung beansprucht. Es werden großformatige Probekörper untersucht, sodass im Vergleich zu üblichen Probekörpergrößen Effekte wie lokale Steifigkeitsänderungen und Spannungsumlagerungen abgebildet werden können, die einen positiven Einfluss auf die Lebensdauer von Beton haben. Die Ergebnisse dieser Untersuchungen werden hinsichtlich der Dehnungs- und Steifigkeitsänderung ausgewertet und anschließend mit numerischen Berechnungen verglichen. Das verwendete numerische Modell ist ein in einem kommerziellen Finite-Elemente-Programm implementierter Algorithmus, der in der Lage ist, Steifigkeitsverluste infolge Ermüdungsbeanspruchungen abzubilden und somit auch Spannungsumlagerungen darzustellen, die messtechnisch in den Versuchen nicht erfassbar sind. Die Ergebnisse zeigen eine kontinuierliche Schädigungsentwicklung mit einem dreiphasigen Verlauf, infolgedessen es zu Spannungsumlagerungen von den stärker beanspruchten Querschnittsrändern ins Balkeninnere und somit zu einer Verlängerung der Bauteillebensdauer kommt.

Stress redistributions in fatigue loaded prestressed concrete beams in a numerical model and experiment
Prestressed concrete beams are subjected to fatigue loading into the very-high-cycle fatigue range using a resonant fatigue testing facility. Contrary to common cylindrical specimen scales large scale beam specimens are tested and allow reproducing effects such as local stiffness degradation and stress redistributions from external to internal fibres which have a positive effect on the lifetime of concrete structures. The results are investigated regarding strain and stiffness development and compared to numerical simulations. The numerical model is an algorithm implemented into a commercial finite element software and is able to describe stiffness degradation due to fatigue loading. This allows the simulation of stress redistributions which cannot be measured in the tests. The results show a continuously progressing damage with a three-phase course. As a consequence stress redistributions from higher loaded edges into the inner fibres of the cross section occur which increases the lifetime of the structure.

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Richter, Ekkehard; Zehfu√ü, JochenM√ľssen Imperfektionen bei der Bemessung von brandbeanspruchten Stahlbetonst√ľtzen ber√ľcksichtigt werden?Beton- und Stahlbetonbau8/2019584-594Fachthemen

Abstract

Im vorliegenden Beitrag wird der Einfluss von Imperfektionen auf die Zuverlässigkeit von brandbeanspruchten Stahlbeton-Kragstützen - schwerpunktmäßig der Feuerwiderstandsklasse R 90 - untersucht. Dabei wird “Zuverlässigkeit” im Sinne von DIN EN 1990 als die Fähigkeit eines Bauteils verstanden, die festgelegten Anforderungen innerhalb der geplanten Nutzungsdauer zu erfüllen. Die Zuverlässigkeit wird in der Regel mit probabilistischen Größen ausgedrückt.
Auslöser der Untersuchungen war ein Beitrag von PAULI in [1], in dem darauf hingewiesen wurde, dass der Nachweis mit dem allgemeinen Rechenverfahren nach DIN EN 1992-1-2 oftmals eine geringere Feuerwiderstandsdauer ergibt als die Nachweise mit tabellierten Werten bzw. mit dem vereinfachten Berechnungsverfahren. Als Ursache der Diskrepanzen wurde die fehlende Regelung über Imperfektionen im Zusammenhang mit einer Heißbemessung genannt.

Do imperfections have to be taken into account when designing reinforced concrete columns exposed to fire?
This paper examines the influence of imperfections on the reliability of fire-exposed reinforced concrete cantilever columns - with focus on fire resistance class R 90. “Reliability” in sense of DIN EN 1990 is understood as the ability of a structural component to fulfil the specified requirements within the planned lifecycle. Reliability is usually expressed by probabilistic values.
The investigations were triggered by a contribution by PAULI in [1] in which it was pointed out that the verification with the general calculation method according to DIN EN 1992-1-2 often results in a lower fire resistance duration than the verification with tabulated values or with the simplified calculation method. The missing rule control of imperfections in connection with a structural fire design was named as the cause of the discrepancies.

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