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Ernst & Sohn (Hrsg.)Sonderheft: Innovative Fassadentechnik 2021-IIBautechnik10/20211-68Sonderheft

Abstract

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Brühwiler, Eugen; Pelke, EberhardMessen statt rechnen!Bautechnik10/2021709-710Editorials

Abstract

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Steinbock, Oliver; Wetzel, TimmVerstärkung einer Spannbetonbrücke mit Carbonbeton - Erweiterte Rechenmethoden zum Ankündigungsverhalten von Brücken mit spannungsrisskorrosionsgefährdetem SpannstahlBautechnik10/2021711-719Aufsätze

Abstract

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

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

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Steffens, Nico; Geißler, KarstenStandortspezifisches Ziellastniveau und objektspezifische Lastmodelle für die Nachrechnung auf der Basis von BauwerksmonitoringBautechnik10/2021720-735Aufsätze

Abstract

Bei der Bewertung bestehender Brücken wird zunehmend ein unterstützendes Bauwerksmonitoring eingesetzt, um die Beanspruchungen im Tragwerk realistischer als rein rechnerisch zu erfassen und das Rechenmodell zu kalibrieren. Normativ ungeklärt ist derzeit noch die Frage, wie die durch Messungen gewonnenen zusätzlichen Informationen innerhalb des Nachrechnungs- einschließlich dessen Sicherheitskonzepts zu berücksichtigen sind. Einwirkungsseitig kann dies durch die modifizierte Definition des Ziellastniveaus oder alternativ durch objektspezifische Lastmodelle für Tragfähigkeit und Ermüdung zur Abbildung des tatsächlichen Verkehrs erfolgen. Weiterhin können auf der Basis der Messdaten die erforderlichen Sicherheitsfaktoren, auch unter Berücksichtigung zukünftiger Verkehrsentwicklungen, bei Einhaltung des normativ erforderlichen Zuverlässigkeitsniveaus begründet werden. In diesem Beitrag werden Möglichkeiten sowie die theoretischen Hintergründe zur Berücksichtigung gemessener Verkehrsbeanspruchungen innerhalb der Nachrechnung von Brückenbauwerken vorgestellt.

Location-specific target load level and object-specific load models for recalculation based on structural monitoring
When evaluating existing bridges, supporting structural monitoring is increasingly being used in order to obtain the stresses in the structure more realistically than purely mathematically and to calibrate the calculation model. The question of how the additional informations obtained through measurements have to be taken into account within the recalculation, including its safety concept, is currently still normatively unclear. On the load side, this can be done through the modified definition of the target load level or, alternatively, through object-specific load models for load-bearing capacity and fatigue to map the actual traffic. Furthermore, on the basis of the measurement data, the necessary safety factors can be justified, also taking into account future traffic developments, while maintaining the normatively required level of reliability.

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Freundt, Ursula; Böning, SebastianVerkehrsdatengestützte Ermittlung von objektspezifischen Lastmodellen für BestandsbrückenBautechnik10/2021736-744Aufsätze

Abstract

Für eine Einschätzung der Notwendigkeit, der Effizienz und auch der Priorisierung von Instandsetzungs- und Ertüchtigungsmaßnahmen für Brückenbauwerke sind objektspezifische Kenntnisse von Bauwerksbeanspruchungen und Bauwerkszuständen unerlässlich. Aus der Identifizierung von Verkehrsbelegungen (Quantität und Qualität) und der Analyse der Bauwerksreaktionen werden Aussagen zur aktuellen Tragfähigkeit von Bestandsbauwerken abgeleitet. Eine erforderliche Datengrundlage bilden die für das konkrete Bauwerk ermittelten Verkehrsdaten des realen Verkehrs.

Determination of object-specific traffic-load-models for existing road bridges based on traffic data
For an assessment of the necessity, the efficiency and the prioritization of repair and upgrading measures for bridges, object-specific knowledge of structural stresses and structural conditions is indispensable. From the identification of traffic occupancy (quantity and quality) and the analysis of the structural reactions, statements on the current load-bearing capacity of an existing bridge will derived. A necessary data basis is the traffic data of the real traffic determined for the specific bridge.

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Taube, Christopher; Timmler, Hans-Georg; Hoppe, Florian; Morgenthal, GuidoExperimentelle Untersuchungen zum horizontalen Lastabtrag in aussteifenden StrohballenwändenBautechnik10/2021745-757Aufsätze

Abstract

Strohballen als landwirtschaftliches Nebenprodukt bestehen aus nachwachsenden Rohstoffen, sind regional verfügbar, besitzen ausgezeichnete Dämmeigenschaften und können in hochverdichteter Form großen Beanspruchungen standhalten. Als lasttragende Elemente in Gebäuden des Wohn- und Gesellschaftsbaus sowie in landwirtschaftlichen Nutzbauten können sie zu einer Antwort auf die gestiegene Nachfrage nach ökologisch nachhaltigen Lösungen im Bauwesen beitragen. Während der vertikale Lastabtrag bereits Gegenstand mehrerer Forschungsarbeiten war, sind viele Fragen zur aussteifenden Wirkung von Strohwänden gegenüber Horizontallasten noch nicht geklärt. Als Grundlage für die Erarbeitung von Berechnungsmodellen zur realitätsnahen Abbildung des Last-Verformungsverhaltens sowie zur Definition von Versagenszuständen und Grenzwiderständen ist eine solide experimentelle Datenbasis unerlässlich. In diesem Aufsatz werden Planung, Durchführung und Auswertung experimenteller Versuche zum horizontalen Lastabtrag in Wänden aus hochverdichteten Strohballen vorgestellt. Ziel der Untersuchungen ist ein besseres Verständnis des Last-Verformungsverhaltens von in der Ebene belasteten Strohwänden. Die Auswertung basiert dabei auf dem Einsatz klassischer mechanischer sowie moderner optischer Messmethoden. Da die Untersuchung des Reibungsverbunds und des Einflusses von Auflasten im Mittelpunkt des Interesses steht, wird dabei bewusst auf den Einsatz mechanischer Verbundmittel verzichtet.

Experimental studies on horizontal load transfer in bracing straw bale walls
As an agricultural by-product, straw bales consist of renewable raw materials, are regionally available, have excellent insulating properties, and are able to carry heavy loads if preconditioned by strong compaction. As load-bearing elements in residential buildings, community buildings, and agricultural buildings, they can help to meet the increased demand for ecologically sustainable solutions in the construction industry. Whilst their vertical load transfer has already been the subject of several research projects, many questions regarding straw walls' bracing effect under horizontal loads have not yet been studied. As a basis for the development of calculation models for the realistic determination of the load-deformation behaviour and the definition of failure states and limit resistances, a reliable experimental database is, however, essential. In this article, the planning, execution, and evaluation of experimental tests on horizontal load transfer in walls made of highly compacted straw bales are presented. The investigations aim to better understand the load-deformation behaviour of straw walls loaded in their plane. The assessment of the results is done by using classical mechanical and modern optical measurement methods. To study the frictional bond between the straw bale layers and the influence of vertical loads, the use of mechanical shear connectors is deliberately avoided.

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Garsch, Maximilian; Benndorf, Maik; Haenselmann, Thomas; Gebbeken, NorbertSmartphonebasierte Schwingungsmessung zur Beurteilung von BrückentragwerkenBautechnik10/2021758-766Aufsätze

Abstract

Um eine dauerhafte und genaue Überwachung von Ingenieurbauwerken zu gewährleisten, ist ein flächendeckendes Monitoring-System wünschenswert. Im vorliegenden Aufsatz wird untersucht, ob die Sensoren von Smartphones und Tablets (SPT) ausreichend für eine Schwingungsmessung sind. Die Auswertung bez. Systemparametern wie Eigenfrequenzen und Dämpfungskoeffizienten wird ebenfalls betrachtet. Mithilfe von Versuchen unter Laborbedingungen an einem Einfeldträger und Versuchen im Feld an einer Testbrücke auf dem Gelände der Universität der Bundeswehr wird die Anwendungstauglichkeit von Smartphones und Tablets betrachtet. Dabei wurden neben den Messungen mit SPT Referenzmessungen mit einem klassischen Schwingungsmesssystem durchgeführt. Die Signale und deren Auswertung werden untereinander verglichen und im Fall des Laborversuchs am Einfeldträger mit Modellwerten eines SDOF-Einmasseschwingers verglichen. Damit werden die prinzipielle Anwendungsmöglichkeit der SPT wie auch die Tauglichkeit der aufgezeichneten Signale zur Weiterverarbeitung zur Systemidentifikation dargestellt.

Smartphone-based vibration measurement for the assessment of bridge structures
In order to ensure permanent and accurate monitoring of engineering structures, an area-covering monitoring system is desirable. In this article, it is investigated whether the sensors of smartphones and tablets (SPT) are sufficient for vibration measurement. Evaluation in terms of system parameters such as natural frequencies and damping coefficients is also considered. With the help of tests under laboratory conditions on a single-span beam and tests in the field on a test bridge on the premises of the University of the German Armed Forces, the application suitability of smartphones and tablets is considered. In addition to the measurements with SPT, reference measurements were carried out with a classical vibration measurement system. The signals and their evaluation are compared with each other and, in the case of the laboratory test on the single-field beam, with model values of an SDOF single-mass vibrator. This demonstrates the principle application of the SPT, as well as the suitability of the recorded signals for further processing for system identification.

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Backhaus, Jan OnneEinsatz von neuronalen Netzen zur Vorhersage des Materialvolumens von Injektionsbaustellen im TunnelbauBautechnik10/2021767-774Aufsätze

Abstract

In diesem Beitrag wird eine Methode vorgestellt, die die digitale Dokumentation auf Injektionsbaustellen nutzt, um automatisierte, baubegleitende Vorhersagen der noch zu erwartenden Injektionsmengen zu berechnen. Bei der untersuchten Baumaßnahme werden Abdichtungsinjektionen im Rahmen des Projekts Stuttgart 21 für einen 3,2 km langen zweiröhrigen Eisenbahntunnel erstellt. Die vorgestellte Methode verwendet eine spezielle Form des neuronalen Netzes, das Feed Forward Network. Dieses wird mit den Injektionsmengen pro Tunnelmeter der einen Tunnelröhre trainiert, um dann die Injektionsmengen der anderen Röhre vorherzusagen. Nach einer kurzen Einführung in die Funktionsweise neuronaler Netze wird gezeigt, dass die vorgestellte Methode in der Lage ist, die Gesamtinjektionsmengen mit einer Genauigkeit von > 5 % vorherzusagen. Die Daten wurden von der Renesco GmbH in Zusammenarbeit mit der eguana GmbH erhoben.

Use of neural networks for the prediction of the material volume of injection sites in tunnel construction
In this paper, a method is presented that uses digital documentation on injection construction sites to calculate automated, construction-accompanying predictions of the injection quantities still to be expected. In the construction project under investigation, waterproofing injections are being made as part of the Stuttgart 21 project for a 3.2 km long, twin-tube railroad tunnel. The presented method uses a particular form of a neural network, the Feed Forward Network. The network is trained with the injection quantities per tunnelmeter of one tunnel tube to predict the other's injection quantities. After a brief introduction to the operation of neural networks, it is shown that the presented method can forecast the total injection quantities with an accuracy > 5 %. Renesco GmbH has collected the data in cooperation with eguana GmbH.

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Würfel, Till; Maier, Dietmar H.; Rudolf, MartinBauwerksuntersuchungen an Stahlbrücken im BestandBautechnik10/2021775-784Berichte

Abstract

Bauwerksuntersuchungen an Brücken sind im Regelwerk verankert und ein wichtiges Element im Sicherheitskonzept. Im Rahmen von Nachrechnungen und Neubewertungen von Brücken sowie anschließender dem Erhalt dienender Maßnahmen kann es erforderlich sein, detailliertere Untersuchungen durchzuführen. Am Beispiel einiger Instandsetzungs- bzw. Ertüchtigungsmaßnahmen werden Vorgehensweisen bei Bauwerksuntersuchungen und Bauwerksdiagnostik an bestehenden Stahlbrücken aufgezeigt. Von der Werkstoffuntersuchung an Materialproben über detaillierte geometrische Aufnahmen mittels Laserscan, Seilmessungen an Schrägseilbrücken und geometrischen Einstufungen von Kerbfällen hin zu Dehnungsmessungen an einer orthotropen Fahrbahn werden die durchgeführten Untersuchungen und die daraus abgeleiteten Erkenntnisse beschrieben.

Structural investigations on existing steel bridges
Structural investigations on bridges are part of the standards and also an important element in the safety concept. In the context of recalculations and re-evaluations of bridges as well as subsequent maintenance measures, detailed investigations are often necessary. Some examples of repair- and upgrading measures illustrate the procedures for inspections and diagnostics on existing steel bridges. The investigations carried out and the knowledge derived from them are described, from the analysis of material samples to detailed geometric recordings using laser scans, cable force measurements on cable-stayed bridges and geometrical classifications of fatigue details to strain measurements on an orthotropic bridge deck.

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Flexibel, nachhaltig, kostengünstig - zukunftsweisende Wohnraumkonzepte für Studierende und AuszubildendeBautechnik10/2021784Nachrichten

Abstract

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Schiltz, Philippe; Brühwiler, EugenMonitoringbasierter Ermüdungsnachweis der genieteten Stahlkonstruktion einer BahnbrückeBautechnik10/2021785-792Berichte

Abstract

Die Ermüdungssicherheit einer Bahnbrücke in genieteter Stahlbauweise mit aufgesetztem Schottertrog, die seit 1897 in Betrieb ist, wurde anhand eines Monitorings nachgewiesen. Es wurde die Ermüdungsbeanspruchung durch 52.060 Züge während 414 Messtagen aufgenommen. Die größten gemessenen Spannungswerte von 33 MPa traten im maßgebenden Zuggurt in Feldmitte des Fachwerkträgers einer Spannweite von 20 m auf und wurden durch die Lokomotiven erzeugt. Die für den Ermüdungsnachweis maßgebenden Spannungsdifferenzen waren damit deutlich kleiner als die Dauerfestigkeit des Nietdetails. Die Ermüdungssicherheit wurde somit aufgrund des Monitorings bereits auf der Stufe der Dauerfestigkeit nachgewiesen. Die Nietkonstruktion ist folglich betreffend Ermüdung nicht kritisch und wird im Hinblick auf eine lange künftige Nutzungsdauer ertüchtigt. Die Messungen zeigen außerdem die erwarteten großen Unterschiede zwischen gemessenen und anhand einer Nachrechnung berechneten Spannungsgrößen.

Monitoring based fatigue safety verification of the riveted steel structure of a railway bridge
The fatigue safety of a railway bridge in riveted steel construction with a fitted ballasted trough, which has been in operation since 1897, was verified by means of monitoring. The fatigue stress of 52,060 trains was recorded during 414 measuring days. The largest measured stress values of 33 MPa occurred in the relevant tension chord in the center of the 20 m span main truss girder and were generated by the locomotives. The stress ranges decisive for the fatigue verification were thus significantly smaller than the fatigue strength of the rivet details. The fatigue safety was thus already verified at the fatigue endurance limit on the basis of the data from monitoring. The riveted steel structure is thus not critical with regard to fatigue and will be upgraded in view of a long future service duration. The measurements also show the expected large differences between the measured stress values and those calculated by means of a recalculation.

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Krueger, Tim; Röhm, JochenDrohnengestützte 3-D-Vermessung als Planungsgrundlage einer HochspannungsfreileitungBautechnik10/2021793-800Berichte

Abstract

Die DB Energie GmbH betreibt in Deutschland mit ca. 7700 km Gesamtlänge das Hochspannungs-Bahnstromnetz und gewährleistet dadurch die sichere Energieversorgung der elektrifizierten Streckenabschnitte im deutschen Schienennetz. Im Auftrag der DB Energie und als Spezialist für Planungsleistungen von Hoch- und Höchstspannungsfreileitungen übernimmt das Technikzentrum der Omexom Hochspannung GmbH die technische und genehmigungsrechtliche Planung im Projekt “Unterwerk (Umspannwerk) Rethen” und nutzt zur Schaffung der erforderlichen Planungsgrundlagen die Möglichkeit der drohnengestützten 3-D-Datenerhebung. Das südlich von Hannover gelegene Unterwerk Rethen dient für mehrere Bahnstromleitungen als Start- bzw. Endpunkt und soll umgebaut werden. Dies macht eine Neuplanung der Leitungsansprünge erforderlich. Eine besondere Herausforderung stellen div. Betretungsverbote privater Wegeflurstücke sowie die Beeinflussung der sensiblen Drohnentechnologie durch elektromagnetische Felder dar. Im Rahmen mehrerer Messflüge wurden mithilfe eines speziell für diesen Einsatz konfigurierten Systems insgesamt 1000 hoch aufgelöste Einzelfotos aufgenommen und mittels fotogrammetrischer Auswerteverfahren zu einer 3-D-Punktwolke mit ca. 90 Mio. Messpunkten aufbereitet. Zur Validierung der Messgenauigkeit fand an einzelnen Standorten eine terrestrische Verifizierungsmessung statt.

Drone-supported 3D surveying as a basis for planning of a high voltage overhead line
DB Energie GmbH operates the high-voltage railway power supply system in Germany with a total length of approx. 7700 km and thus ensures the secure energy supply of the electrified line sections in the German rail network. On behalf of DB Energie and as a specialist for planning services for high-voltage and extra-high-voltage overhead lines, the technical centre of Omexom Hochspannung GmbH is taking over the technical and legal planning for the “Rethen substation” project and is using the possibility of drone-based 3D data collection to create the necessary planning basis. The Rethen substation, located to the south of Hanover, serves as the starting and end point for several traction current lines and is to be reconstructed. This makes it necessary to redesign the line projections. A particular challenge is posed by the various prohibitions on access to private land as well as the influence of electromagnetic fields on the sensitive drone technology. In the course of several measurement flights, a total of 1000 high-resolution individual photos were taken with the help of a system specially configured for this application and processed into a 3D point cloud with approx. 90 million measurement points by means of photogrammetric evaluation procedures. To validate the accuracy of the measurements, terrestrial verification measurements were carried out at individual locations.

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Neuauflage: "Aussteifung von Gebäuden in Holztafelbauart"Bautechnik10/2021800Nachrichten

Abstract

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Hofstetter, RolfEinbau von Fenstern - Planung des BauanschlussesBautechnik10/2021801-805Berichte

Abstract

Mit dem nachfolgenden Bericht wird ein Konzept zur Planung des Bauanschlusses von Fenstern auf Grundlage der derzeit vorliegenden Normung und technischen Richtlinien erarbeitet bzw. vorgeschlagen. In Ermangelung einer ausreichenden normativen deutschen Regelung wird Bezug auf internationale Regelwerke genommen. Das Hauptaugenmerk in diesem Bericht gilt der Befestigung der Fensterelemente.

Installation of windows - planning of the construction connection
In the following article, a concept for planning the structural connection of windows is developed or proposed on the basis of the currently available standardization and technical guidelines. In the absence of a sufficient normative German regulation, reference is made to international regulations. The main focus in this essay is the fastening of the window elements.

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Bautechnik aktuell 10/2021Bautechnik10/2021807-812Bautechnik aktuell

Abstract

Persönliches:
Honorarprofessur an Dr. Julian Meyer verliehen

Nachrichten:
Brücken weiterbauen: Eisenbahnbrücke Lange-Feld-Straße in Hannover

Veranstaltungen:
3. Symposium Ingenieurbaukunst - Design for Construction am 18. November 2021 in Frankfurt: Wie bauen wir zirkulär?

Rezensionen:
Gerüste und Hilfskonstruktionen im historischen Baubetrieb

Wettbewerbe:
Bei der Nominierung zum Deutschen Nachhaltigkeitspreis Architektur spielt Technik keine Rolle

Veranstaltungen:
Dynamische Lösungen im Holzbau

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Kongresse - Symposien - Seminare - MessenBautechnik10/2021812Veranstaltungskalender

Abstract

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Inhalt: Beton- und Stahlbetonbau 10/2021Beton- und Stahlbetonbau10/2021Inhalt

Abstract

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Titelbild: Beton- und Stahlbetonbau 10/2021Beton- und Stahlbetonbau10/2021Titelbild

Abstract


Zum Titelbild:
Ein neues Wahrzeichen in Hamburg: Das Bürogebäude EDGE Elbside stiftet dem östlichen Eingang der Hamburger HafenCity ein neues Wahrzeichen. Auf einer Gesamtmietfläche von ca. 24.000 m2 bietet das 18-geschossige Bürogebäude Raum für ca. 1.700 Arbeitsplätze. Hauptmieter wird das Energieunternehmen Vattenfall, das ca. 80 % der Flächen beziehen wird. Bei Fertigstellung wird das EDGE ElbSide Deutschlands höchstes Bürogebäude in Slim-Floor-Konstruktion sein. Dieses Tragwerk aus vorgespannten BRESPA®-Decken und Peikko DeltaBeam®-Verbundträgern dürfte das derzeit innovativste und ökologischste Betondeckensystem sein. Es spart über 50 % an Rohstoffen beim Beton und reduziert deutlich den CO2-Austoß im Vergleich zu konventionellen Ortbetondecken. (Abb.: Edge)

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Blandini, LucioRessourceneffizientes und klimagerechtes Bauen mit Beton - eine Illusion?Beton- und Stahlbetonbau10/2021717Editorials

Abstract

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Novák, Balthasar; Stein, Franziska; Reinhard, Jochen; Dudonu, AndrianEinsatz kontinuierlicher faseroptischer Sensoren zum Monitoring von BestandsbrückenBeton- und Stahlbetonbau10/2021718-726Aufsätze

Abstract

Hinsichtlich der alternden Infrastruktur und fehlender Kapazitäten für Instandsetzungen und Neubauten werden aktuell und in Zukunft Maßnahmen notwendig, die Nutzungsdauer von Infrastrukturbauwerken mit rechnerischen und baulichen Defiziten zu verlängern. Ein Ansatz hierfür ist der Einsatz von Monitoringsystemen zur Zustandsüberwachung des Tragwerks und frühen Schadensdetektion. Durch Weiterentwicklungen der faseroptischbasierten Überwachungsmethoden besteht nach aktuellem Stand der Technik die Möglichkeit, Brückenbauwerke über die gesamte Bauwerkslänge mit faseroptischen Dehnmesskabeln zu überwachen. An der Universität Stuttgart wurden hierfür in enger Kooperation mit dem Ingenieurbüro Schömig-Plan, Kleinostheim/Stuttgart Oberflächenapplikationen für die Anwendung kontinuierlicher Dehnmessfasern als Dauermonitoring zur Rissdetektion und Rissüberwachung an Bestandsbrücken in Massivbauweise untersucht, in Feldversuchen unter praxisrelevanten Randbedingungen installiert und die Leistungsfähigkeit getestet.

Surface application of distributed fiber optic sensors for bridge monitoring
Concerning the ageing infrastructure and the lack of capacities for repairs and new constructions, it is necessary at present and in the future to develop methods to extend the service life of infrastructure structures with design and structural deficits. One approach is to use monitoring systems for condition monitoring of the structure and early damage detection. Further developments in distributed fiber optics show the possibility of monitoring bridge structures up to the entire span. For this purpose, surface applications for the use of distributed fiber optics as permanent monitoring for crack detection and monitoring on existing bridges in solid construction were investigated at the University of Stuttgart in cooperation with the engineering office Schömig-Plan, Kleinostheim/Stuttgart. The application was installed and examined in field tests under practical boundary conditions.

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Vorwagner, Alois; Kwapisz, Maciej; Lienhart, Werner; Winkler, Madeleine; Monsberger, Christoph; Prammer, DominikVerteilte Rissbreitenmessung im Betonbau mittels faseroptischer Sensorik - Neue Anwendung von verteilten faseroptischen MesssystemenBeton- und Stahlbetonbau10/2021727-740Aufsätze

Abstract

Risse und deren Veränderung sind wesentliche Indikatoren für Betonbauten. Konventionelle Risssensoren können nur bekannte Risse punktuell erfassen bzw. deren Weitenänderung bestimmen. In diesem Beitrag wird ein neues Rissmesssystem vorgestellt, welches mit nachträglich an der Betonoberfläche verklebten kostengünstigen Glasfasersensoren über weite Strecken Risse erfasst, ohne deren Lage zuvor zu kennen. Mit verteilten faseroptischen Messungen (engl. Distributed Fibre Optic Sensing “DFOS”) können bis zu einer Einzelmesslänge von 70,0 m neue Risse identifiziert, auf 3,5 cm verortet sowie deren Weitenänderungen bestimmt werden. Die erreichten Genauigkeiten betragen 0,035 mm (Labormaßstab) und 0,15 mm (reale Anwendungen). Mit DFOS werden somit Einzelrisse bei im Stahlbetonbau üblichen Rissabständen von 15 cm messbar, auch wenn keine direkte Sichtverbindung vorliegt. Es wird ein neu entwickelter Auswertealgorithmus vorgestellt, mit dem zusätzlich die historische Rissentwicklung erfasst wird. Bei Epochenmessungen kann mit diesem auf eine zwischenzeitlich aufgetretene maximale Rissbreite rückgeschlossen werden. Laborversuche und reale Messungen im Zuge einer Pilotanwendung von mehr als einem Jahr zeigen die Methodik sowie die Randbedingungen bei der Wahl der Faser und des Klebers. Gegenüberstellungen verschiedener Messsysteme ergeben eine erreichte Genauigkeit in ähnlicher Größenordnung wie konventionelle Risssensoren.

Distributed crack width measurement in concrete structures using fibre-optic sensor technology - New application of distributed fibre optic sensing
Cracks and their changes are important indicators for concrete structures. Conventional crack sensors can only detect known cracks or determine their change in width. This paper presents a new crack measurement system that uses low-cost fibre optic sensors subsequently bonded to the concrete surface to detect cracks over long distances without knowing their location in advance. With distributed fibre optic sensing (DFOS), new cracks can be identified using fibre length of up to 70.0 m. The position of identified cracks can be located to 3.5 cm and their change in width determined. The achieved accuracies for the width are 0.035 mm (laboratory scale) and 0.15 mm (real applications). With DFOS, individual cracks can be measured at the usual crack distances of 15 cm in reinforced concrete construction, even without a possibility of visual inspection. Furthermore, a newly developed evaluation algorithm is presented with which the historical crack development is recorded. In the case of epoch measurements, this can be used to draw conclusions about the maximum crack width that has occurred in the meantime. Laboratory tests and real measurements in the course of a pilot application of more than one year show the methodology as well as the boundary conditions for the choice of fibre and adhesive. Comparisons of different measuring systems show an achieved accuracy in a similar order of magnitude as conventional crack sensors.

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Sanio, David; Alawieh, Hussein; Bomholt, Frederik; von Daake, Henning; Prenting, Adele; Mark, PeterNachträgliche Verbundverankerung von Stabspanngliedern - Entwicklung eines Verankerungssystems für quer vorgespannte FahrbahnplattenBeton- und Stahlbetonbau10/2021741-753Aufsätze

Abstract

Für den Teilrückbau von Beton- oder Verbundbrücken wird oftmals die quer vorgespannte Fahrbahnplatte in Längsrichtung durchschnitten. Während eine Hälfte durch einen Neubau ersetzt wird, bleibt der Verkehr auf dem halben Bestandsüberbau aufrechterhalten. Aus statischen Gründen kann es erforderlich werden, die Quervorspannung in der Fahrbahnplatte über einen Zeitraum von wenigen Jahren zu erhalten. Der Beitrag stellt dazu ein Verankerungskonzept vor, das im Rahmen des Ersatzneubaus einer Autobahnbrücke in Verbundbauweise entwickelt wurde. Dabei verankert sich das glatte Stabspannglied über Verbund in einem neu eingebrachten Betonelement. Das System wurde in einem mehrstufigen experimentellen Programm entwickelt und durch theoretische Betrachtungen zur Verbundverankerung begleitet. Dabei wurden neben der statischen Verankerung auch zyklische Belastungen, Verbundkriechen und die Rissbildung untersucht. Die Untersuchungen zeigen, dass sich die Stabspannglieder (St80/105, 26 mm) auf einer Länge von 1,45 m vollständig in dem verwendeten hochfesten Vergussbeton verankern. Ohne Betrachtung rechnerischer Sicherheiten erfolgt die wesentliche Kraftübertragung auf wenigen Dezimetern. Zudem behandelt der Beitrag die baupraktische Umsetzung und Überwachung sowie spezifische zu beachtende Randbedingungen.

Temporary post-anchoring of bar tendons by bond - Development of an anchoring system for transversely pre-stressed deck-slabs
For the partial deconstruction of concrete or composite bridges, the transversely pre-stressed deck-slab is often cut through in the longitudinal direction. While one half is replaced by a new structure, traffic shall be maintained on the other half. For structural reasons, the transverse pre-stressing in the deck-slab is to be maintained for a limited period of time.
The paper presents an anchoring system in which the plain bar tendons are anchored via bond in a new concrete block that partially replaces the existing concrete. The system was developed for the replacement of a composite highway bridge in Germany. The results base on a multi-stage experimental program and theoretical considerations on bond anchorage. In addition to the static anchorage, cyclic loading, bond creep and cracking were considered.
The experiments show that complete anchorage of the bar tendons (St80/105, 26 mm) can be realized over a length of 1.45 m with the grouted concrete used. Without considering safety factors, the essential load transfer is achieved over a few decimeters. In addition, the paper deals with the practical implementation, surveillance, and structural boundary conditions to be considered.

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Shepherd, David Alós; Scherer, Mathias; Katzik, Walter; Dehn, FrankZur Ertüchtigung der Rheinbrücke Maxau mit hochfestem BetonBeton- und Stahlbetonbau10/2021754-764Aufsätze

Abstract

Das Bauwerk B 10 Rheinbrücke Maxau ist eine 1966 fertiggestellte Stahlbrücke mit orthotroper Fahrbahnplatte, welche über die Jahre sukzessive instand gesetzt wurde. Durch die stark gestiegene Verkehrsbelastung und damit einhergehender Ermüdungsschäden wurde die Brücke jedoch stark beschädigt, weshalb eine Ertüchtigung aktuell unerlässlich war. Hierbei wird die Fahrbahn erstmalig in Deutschland durch das Aufbringen einer bewehrten stahlfaserverstärkten Platte aus hochfestem Beton (HFB) verstärkt. Der HFB wurde hierbei in einer Schichtdicke von nur ca. 7 cm und einer Mindestbetondeckung von 2 cm ohne zusätzliche Abdichtung an der befahrenen Oberseite maschinell eingebracht. Im vorliegenden Beitrag wird auf das Einbau- und Qualitätssicherungskonzept des verwendeten HFB näher eingegangen und der Ablauf der Ertüchtigungsmaßnahme detailliert beschrieben. Hierbei werden insbesondere die durchgeführten Frisch- und Festbetonuntersuchungen erläutert und die an einer Probeplatte ermittelten Ergebnisse sowie die der beiden Betonierabschnitte eingehend diskutiert. Die gesammelten Erfahrungen zeigen, dass unter Einhaltung der entsprechenden Qualitätssicherungsmaßnahmen der hochfeste Beton erfolgreich und ohne nennenswerte Schwankungen hergestellt und eingebaut werden konnte. Zukünftig ist hierbei eine Regelbauweise denkbar, die unter funktionaler Ausschreibung der Betoneigenschaften eine zielsichere und wirtschaftliche Ertüchtigung orthotroper Fahrbahnplatten ermöglichen kann.

Retrofitting of the Karlsruhe-Maxau Rhine-bridge with high performance concrete
The Karlsruhe-Maxau Rhine-bridge is a steel bridge with orthotropic deck that was completed in 1966. Over the course of the years the bridge has been continuously repaired and maintained. Due to the highly increased traffic load and the accompanying fatigue damage, the bridge was recently in indispensable need of repair and retrofitting. The bridge deck was hereby retrofitted with a thin layer of reinforced high performance concrete (HPC), a first in Germany. Furthermore, the HPC layer is only 7 cm thin, with a minimum concrete cover of 2 cm, and is placed with no additional sealing layer. The following article describes the concrete placement and quality assurance concept used for the HPC and reports on the retrofitting operations. The performed fresh and hardened concrete tests on the test and bridge deck's concrete are hereby discussed in detail. In the light of experience gathered, and with strict compliance to the defined quality assurance measures, the high performance concrete can be produced and placed successfully without significant fluctuation in concrete performance. In future, a standard construction procedure is conceivable which, with functional tendering of concrete properties, can enable an efficient and economical retrofitting of orthotropic bridge decks.

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Novák, Balthasar; Boros, Vazul; Reinhard, JochenHerausforderungen der Zukunft: Strategien zur Verstärkung von Betonbrücken im BestandBeton- und Stahlbetonbau10/2021765-774Aufsätze

Abstract

In Deutschland nähert sich die Brückengeneration der Nachkriegszeit dem Ende ihrer geplanten Lebensdauer. Daher haben die Bundesregierung und die Straßenbauämter der Länder umfangreiche Infrastrukturprojekte in die Wege geleitet, um den Brückenbestand zu beurteilen und anschließend, falls erforderlich, Verstärkungen oder Ersatzneubauten vorzunehmen. Häufig muss dabei die Nutzungsdauer von maroden Brücken bis zum Zeitpunkt der Inbetriebnahme eines Ersatzneubaus ausgedehnt werden. Am Beispiel von drei Talbrücken werden wirksame Maßnahmen zur Verstärkung und Verlängerung der Nutzungsdauer von Bestandsbrücken präsentiert. Das erste Beispiel zeigt, wie mittels externer Vorspannung die Ermüdungstragfähigkeit einer 50 Jahre alten Spannbetonbrücke gesteigert werden konnte. Eine zweite Talbrücke mit Defiziten im Bereich der Querkrafttragfähigkeit wurde durch geneigte Stahlstreben an den Pfeilern verstärkt, die durch verbleibende Hydraulikpressen aktiviert werden. Der Einfluss von Zwangsbeanspruchungen durch das unterschiedliche Werkstoffverhalten wird durch Federelemente reduziert. Kritische Stegbereiche wurden durch zusätzliche Bügel verstärkt und mit Aufbeton geschützt. Beim dritten Bauwerk traten Ermüdungserscheinungen an den Koppelfugen auf. Durch die Unterstützung der kritischen Koppelfugen konnte jedoch die Nutzungsdauer verlängert werden. Eine Waagebalkenkonstruktion mit Gegengewichten, die auf einem Stahlturm angebracht ist, gewährleistet hierbei eine konstante Kraft.

Strengthening strategies of reinforced concrete bridges
An entire generation of reinforced concrete highway bridges built in the post-war period in Germany is currently approaching the end of its service life. Realizing this, the federal government and regional highway administrations engage in extensive infrastructural investments to reassess and thereafter to strengthen or replace these structures. Often the service life of decaying bridges has to be extended, until such a replacement becomes available. Using the examples of three highway viaducts, efficient strategies to strengthen or to prolong the service life of existing structures will be presented. In the first example the efficient usage of external tendons to reduce the danger of a fatigue induced failure of a 50 years old prestressed concrete bridge is shown. A second viaduct showing inadequate shear resistance has been enhanced by installing inclined steel struts at the piers, which are activated by built-in hydraulic jacks, while spring elements reduce the effect of imposed deformations due to the different material behaviour. Additionally in critical areas of the webs additional shear reinforcement, covered by a concrete layer, is mounted. The third bridge was showing signs of fatigue at the coupling joints. The lifespan could however be sufficiently prolonged by supporting the critical coupling joints with a predetermined force. The magnitude of the force is maintained constant by a balanced beam resembling a seesaw, which is mounted on a steel tower and fitted at its opposite end with counterweights.

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Achenbach, Rebecca; Kraft, Bettina; Ludwig, Horst-Michael; Raupach, MichaelDauerhaftigkeitseigenschaften von alternativen BindemittelnBeton- und Stahlbetonbau10/2021776-785Aufsätze

Abstract

Vor dem Hintergrund der Klimadebatte werden zur Reduzierung des CO2-Austoßes vermehrt Alternativen zu Portlandzement als Bindemittel im Beton entwickelt. An diese alternativen Bindemittel werden die gleichen Ansprüche hinsichtlich ihrer Dauerhaftigkeit wie an Portlandzement gestellt. In der vorliegenden Studie wurden Mörtel mit Bindemittel aus den Bindemittelgruppen Portlandzemente, Kompositzemente, CA-Zemente, alkaliaktivierte Bindemittel sowie Niedrigtemperatur C-S-H-Binder hinsichtlich ihres Carbonatisierungs- und Chlorideindringwiderstands untersucht. Dabei wurden Analysen zu dem pH-Wert der Porenlösungen, dem Porenvolumen sowie dem Grenzradius mit in die Betrachtungen einbezogen. Es wurde festgestellt, dass für die ausgewählten alternativen Bindemittel die für Portlandzement bekannten Zusammenhänge zwischen Materialeigenschaften und Eindringverhalten von Chlorid und CO2 nur mit Einschränkungen gelten. So konnte zwar ein genereller Zusammenhang zwischen Chloridmigrationskoeffizient und Porenvolumen bestätigt werden. Bei dem Carbonatisierungsfortschritt war dieser Zusammenhang allerdings nicht feststellbar. Im Gegensatz zu konventionellen Zementen konnte kein allgemeingültiger Zusammenhang zwischen dem pH-Wert und der Carbonatisierungstiefe nachgewiesen werden.

Durability of alternative binders
In context of the climate debate, alternatives to Ordinary Portland Cement as a binder in concrete are more and more being developed to reduce CO2 emissions. These alternative binders are expected to fulfill the same durability requirements as OPC. In the present study, mortars with binders from the binder categories OPC, composite cements, CA cements, alkali-activated binders, and low-temperature C-S-H binders were investigated with regard to their carbonation and chloride resistance. Analyses of the pH value of the pore solutions, the pore volume and the threshold radius were included in the considerations. It was found that for the selected alternative binders, the relationships between material properties and migration of chlorides and CO2, which are known for Ordinary Portland Cement, only partially apply. A correlation between chloride migration coefficient and pore volume was confirmed. However, this correlation was not observed for the carbonation progress. In contrast to conventional cements, no generally valid correlation between the pH value and the carbonation depth was proven.

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