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Inhalt: Bautechnik 6/2020Bautechnik6/2020Inhalt

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Titelbild: Bautechnik 6/2020Bautechnik6/2020Titelbild

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Zum Titelbild:
Bei der Schleusenkammersanierung in Lauffen am Neckar demonstriert PASCHAL einmal mehr, dass das Motto “Effizienz in Kombination mit Schalung, Software und Service” praktisch umgesetzt wird.
Aufgrund von altersbedingten Schäden an der zweiten Schleusenkammer ist deren Grundinstandsetzung notwendig. Die Arbeiten umfassen die Erneuerung der geschädigten Kammerwände sowie das Versetzen des Oberhaupts zur Optimierung der Schleusenkammer für 110 m-Schiffe. Für ca. 2.500 m2 Stahlbetonschleusenwände sind gerade mal 300 m2 PASCHAL Wandschalung LOGO.3, 1.700 m3 GASS kombiniert mit Teilen des Traggerüstes TG60 als Mietmaterial im Einsatz. (Foto: PASCHAL)

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Akkermann, Jan; Boley, ConradVerkehrswasserbau - vom Akutpatienten zur grün-blauen ChanceBautechnik6/2020367Editorials

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Schulte Holthausen, Robert; Raupach, Michael; Merkel, Melanie; Breit, WolfgangAuslaugungswiderstand von Betonoberflächen in TrinkwasserbehälternBautechnik6/2020368-376Aufsätze

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Unter den meisten Bedingungen sind zementgebundene Baustoffe in Trinkwasser beständig. Sehr weiches bzw. kalkarmes Wasser kann jedoch die Dauerhaftigkeit von Betonoberflächen beeinträchtigen. Auslaugungsprozesse zwischen Werkstoff und Wasser führen langfristig zur Aufweichung der Oberfläche und der einhergehende Alkalitätsverlust kann bei unzureichender Betondeckung zur Korrosion der Bewehrung führen.
Im Rahmen eines DVGW-geförderten Forschungsprojekts wurden Betonoberflächen einer mehrmonatigen Auslaugungsbeanspruchung in kalkfreiem Wasser ausgesetzt und die oberflächliche Veränderung der Proben anhand verschiedener materialtechnischer Parameter verfolgt. Die Ergebnisse erlauben direkte Rückschlüsse auf den Schädigungsmechanismus, die Auslaugungsgeschwindigkeit sowie das Schädigungsprofil. Die Ergebnisse werden mit Bezug zu den maßgeblichen Einflussparametern der verschieden porösen Betonoberflächen auf ihren Auslaugungswiderstand sowie die Bedeutung für die Dauerhaftigkeit von Betonoberflächen in Trinkwasserbehältern diskutiert.

Leaching resistance of concrete surfaces in drinking water reservoirs
Under usual conditions, cementitious materials are durable in drinking water. Pure water, on the other hand, can severely harm concrete surfaces. Consequently, the concrete surface becomes soft and the rebar-protecting passivity can be lost.
In a DVGW-funded research project, concrete surfaces were exposed in a laboratory leaching test over a duration of several months and superficial changes were monitored. The results give insight into the emerging leaching processes, the advances of the deterioration, and the deterioration depth-profile. The results are discussed in terms of the major influences of leaching and the durability of concrete surfaces in drinking water reservoirs.

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Akkermann, Jan; Weiler, SimonVulnerabilität von VerkehrswasserbauwerkenBautechnik6/2020377-386Aufsätze

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Der bautechnische Zustand der in die Jahre gekommenen Verkehrsinfrastruktur verlangt in Kombination mit Ressourcenknappheit nach einer Priorisierung von Instandsetzungsmaßnahmen. Im Rahmen der Sicherheitsforschung des Bundes untersucht das Verbundforschungsvorhaben PREVIEW die Auswirkung von Sicherheitsszenarien auf die Verkehrsströme und den Bevölkerungsschutz am westdeutschen Kanalnetz. Als relevantes Sicherheitsszenario hat sich hierbei der Instandsetzungsstau bei den Verkehrswasserbauwerken erwiesen. Deren Ausfallwahrscheinlichkeit wird maßgeblich durch ihre Vulnerabilität hinsichtlich definierter Sicherheitsszenarien bestimmt. Für die Ermittlung der Vulnerabilität werden mehrdimensionale Fehlerbäume unter Berücksichtigung der Bauwerksrobustheit herangezogen. Die so ermittelte Ausfallwahrscheinlichkeit dient zusammen mit der Bauwerkskritikalität der Risikobetrachtung auf Bauwerksebene. Die Bauwerksergebnisse dienen als Grundlage für Resilienzuntersuchungen auf Kanalnetzebene.

Vulnerability of waterway structures
The technical condition of the ageing transport infrastructure, combined with the scarcity of resources, demands for the prioritization of repair measures. As part of federal security research, the PREVIEW joint research project is examining the impact of security scenarios on traffic flows and civil protection on the West German Canal Network. The maintenance backlog at the waterway structures has proven to be a relevant safety scenario. Their failure probability is largely determined by their vulnerability concerning defined security scenarios. To determine vulnerability, multi-dimensional fault trees are used, taking structural robustness into account. The failure probability determined in this way is used together with the criticality to examine the risk assessment at the building level. The building results serve as the basis for resilience studies at the canal network level.

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Fleischer, Helmut; Schlegel, Roger; Eckardt, StefanStandsicherheitsberechnungen an bestehenden GewichtsstützwändenBautechnik6/2020387-394Aufsätze

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Große Teile älterer Wasserbauwerke bestehen aus massigen Gewichtsstützwänden. Die Bauweise ist durch teilweise mehrere Meter mächtige Querschnitte aus unbewehrtem Beton oder Mauerwerk gekennzeichnet. Neben Erddruck und Einwirkungen aus dem Anlagenbetrieb sind oft hohe Wasserlasten aufzunehmen. Statische Nachrechnungen nach geltendem Regelwerk mit den üblichen vereinfachten Ansätzen führen fast immer zu rechnerischen Standsicherheitsdefiziten, aus denen wiederum aufwendige statische Verstärkungsmaßnahmen oder gar Ersatzneubauten resultieren. Defizite ergeben sich vor allem aus der Vernachlässigung des mehrdimensionalen Spannungs- bzw. Dehnungszustands und dem sehr konservativen Ansatz für den im Bauteilinneren wirkenden Riss- und Porenwasserdruck nach geltender Norm. Im folgenden Beitrag wird anhand erster numerischer Analysen an einem zweidimensionalen FE-Stützwandmodell unter Berücksichtigung der Wechselwirkung zwischen Rissbildung und Verteilung des inneren Wasserdrucks gezeigt, dass mit einer genaueren Erfassung der statischen Verhältnisse rechnerische Sicherheitsreserven klar nachweisbar sind. Es ist empfehlenswert, diese Untersuchungen fortzuführen und auf eine größere Modellpalette auszudehnen, um zu verallgemeinerungsfähigen Aussagen zu kommen und damit die Basis zur Aufwertung des in der Praxis gängigen Ingenieurmodells zu schaffen.

Stability calculations for existing gravity retaining walls
Many parts of older waterway structures consist of gravity retaining walls. The construction is characterized by cross-sections, several meters thick, consisting of unreinforced concrete or masonry. Besides earth pressure and impacts caused by operation, frequently high water loads have to be borne. Static recalculations, applying the existing standards using the normal simplified approach, almost always lead to theoretical deficits regarding structural stability. These, in turn, result in expensive structural reinforcement measures or even replacement constructions. Deficits result especially from neglecting the multidimensional stress and strain states and the very conservative approach of the inner water pressure in form of crack and pore water pressure in accordance with the applicable standards. This article uses the example of numerical analyses performed in a two-dimensional FE-model of a retaining wall, taking into account the interaction between crack formation and distribution of the inner water pressure for each variation considered, to show that calculatory safety margins are clearly detectable. It is recommended to extend the scope of the analysis to a wider range of models, in order to confirm the gained findings as well as to upgrade on this basis the engineering model in common practice.

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Wehrle, Rebecca; Wiens, Marcus; Schultmann, Frank; Akkermann, Jan; Bödefeld, JörgEbenensystem zur Resilienzbewertung kritischer Verkehrsinfrastrukturen am Beispiel der WasserstraßenBautechnik6/2020395-403Aufsätze

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Verkehrsinfrastrukturen sind elementarer Bestandteil der heutigen global vernetzten Welt. Dennoch werden diese wichtigen Infrastrukturen in vielen Ländern zunehmend strukturell anfälliger, weil sie oft von Überalterung und einem zunehmenden Instandhaltungsrückstau geprägt sind. Insbesondere im Bereich der Wasserstraßen sind zudem die Kenntnisse über die Anfälligkeit der Bauwerke und das Gefahrenpotenzial bei Versagen oder aktiver Zerstörung lückenhaft oder veraltet. Es besteht akuter Handlungsbedarf hinsichtlich einer Steigerung der Resilienz einzelner Bauwerke und somit des gesamten Systems Wasserstraße als kritische Verkehrsinfrastruktur. Hierzu wird im Rahmen der Sicherheitsforschung der Bundesrepublik Deutschland ein systemischer Ansatz entwickelt, der die Ableitung einer risikobasierten Instandhaltungsstrategie ermöglicht. Risikoanalysen bewerten die Vulnerabilität unterschiedlicher Bauwerkstypen und identifizieren gefährdete Verkehrswasserbauwerke anhand der Bewertung der Versagensfolgen. Die Versagensfolgen reichen dabei von Funktionsausfällen einzelner Bauwerke über wirtschaftliche Schäden durch sinkende Transportleistungen im Güterverkehr bis hin zu Gefährdungen für die Bevölkerung, die mit dem Versagen der Wasserstraßeninfrastruktur einhergehen.

Level system for the resilience assessment of critical transport infrastructures using the example of waterways
Transport infrastructures are an elementary component of today's globally networked world. Nevertheless, in many countries they are characterized by overaging and an increasing backlog of maintenance. Particularly in the area of waterways, detailed knowledge of the vulnerability of system elements and of the potential danger of failure or active destruction is incomplete or outdated. There is an acute need for action to increase the resilience of individual structures and thus of the entire waterway system as a critical transport infrastructure. For this purpose, in the context of the German federal safety research program a systemic approach will be developed that enables the derivation of a risk-based maintenance strategy. Risk analyses evaluate the vulnerability of different structure types and identify endangered waterway structures on the basis of an evaluation of failure consequences. The consequences of failure range from functional failures of individual structures to economic damage caused by declining transport performance in freight traffic to risks for the population associated with the failure of the waterway infrastructure.

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40. Deutscher Stahlbautag wird verschobenBautechnik6/2020403Veranstaltungen

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Lühr, Stefan; Stephan, Christoph; Westendarp, Andreas; Kunz, ClausEinsatz von Fertigteilen im massiven VerkehrswasserbauBautechnik6/2020404-414Aufsätze

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In den kommenden Jahren steht im Bereich der Wasserstraßen- und Schifffahrtsverwaltung des Bundes (WSV) eine Vielzahl an großen Baumaßnahmen in den Bereichen Ersatzneubau und Grundinstandsetzung von massiven Wasserbauwerken an. Diese Maßnahmen müssen trotz hoher Anforderungen an die Dauerhaftigkeit und Verfügbarkeit massiver Wasserbauwerke zuverlässig, effizient und kostengünstig abgewickelt werden. Der Einsatz von Fertigteilen und Teilfertigteilen aus Stahlbeton bietet in diesem Zusammenhang interessante technische und wirtschaftliche Möglichkeiten. Das diesbezügliche Anwendungspotenzial soll gezielt analysiert, bewertet und genutzt werden. Die notwendigen Voraussetzungen für eine systematische Verwendung von Fertigteilen im Wasserbau bis hin zu Regelungen für Bemessung, Baustoffe und Bauausführung werden im Rahmen eines FuE-Vorhabens der Bundesanstalt für Wasserbau (BAW) erarbeitet.

Use of precast reinforced concrete elements in massive hydraulic engineering
In the coming years, a large number of major construction measures is being expected in the Federal Waterways and Shipping Administration (WSV) for replacement and overhaul of massive hydraulic engineering structures. These measures must be carried out reliably, efficiently and cost-effectively despite high demands on the durability and availability of massive hydraulic structures during their service life. In this context, the use of precast and semi-precast (with in-situ concrete topping) reinforced concrete elements offers interesting technical and economic possibilities. The resulting application potential is to be specifically analysed, evaluated and used. The necessary requirements for a systematic use of precast reinforced concrete elements in hydraulic engineering including the corresponding regulations for design, building materials and construction are being developed within the framework of an R&D project of the Federal Waterways Engineering and Research Institute (BAW).

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Dridiger, Wladimir; Walz, MarcusProbeinstandsetzung einer Wehrpfeilerdecke am EidersperrwerkBautechnik6/2020415-419Berichte

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Die Arbeiten am größten deutschen Küstenschutzbauwerk stellten für das ausführende Unternehmen ZÜBLIN eine große Herausforderung dar. Die Decken aller vier Wehrpfeiler des Eidersperrwerks müssen instand gesetzt werden. Zur Beurteilung des tatsächlichen Schädigungsgrads sowie des Arbeitsaufwands und die Optimierung des Instandsetzungskonzepts wurde die Decke des Wehrpfeilers 2 probeweise instand gesetzt. Durch hohe Anforderungen hinsichtlich der Qualität und des Bauablaufs war eine bis ins kleinste Detail ausgearbeitete Terminplanung notwendig. Zudem erschwerten die aufgrund der geografischen Lage vorhandenen äußeren Rahmenbedingungen die Bauarbeiten. Wind und Wetter, die Begrenzung der Bauzeit durch den Einbruch der Sturmflutsaison und die Aufrechterhaltung des Betriebs sowie der Zugänglichkeit des Bauwerks erforderten verstärkte Schutzmaßnahmen und eine enge Abstimmung aller Beteiligten. Der unerwartete Fund von oberflächennahen Spanngliedern und Spannglocken bedurfte eine umfassende Anpassung der geplanten Bauverfahren. Die vollständige Umplanung der Dehnfugenkonstruktion sowie der Einsatz von auf diesen speziellen Anwendungsfall optimal abgestimmten Materialien ermöglichten einen erfolgreichen Abschluss des Bauvorhabens.

Test repair of a defensive pillar ceiling at the Eidersperrwerk
The repair work on the first of the four defensive pillars of Germany's largest coastal protection structure presented a major challenge for the executing companies. The upper areas of all four defensive pillars of the Eidersperrwerk must be repaired. In order to assess the actual degree of damage, the workload and the optimization of the repair concept, the ceiling of the defensive pillar 2 was repaired on a trial basis.
Due to high requirements in terms of quality and construction process, scheduling was necessary down to the smallest detail. In addition, the external conditions available due to the geographical location made construction work more difficult. Wind and weather, limiting the construction time due to the onset of the storm surge season and maintaining the operation and accessibility of the structure required increased protection measures and close coordination of all parties involved. The unexpected discovery of near-surface prestressing tendons and clamping bells required a comprehensive adaptation of the planned construction procedures. The complete rescheduling of the expansion joint construction as well as the use of materials optimally adapted to this particular application made it possible to successfully complete this construction project.

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Kreativwettbewerb: Schülerinnen und Schüler gestalten die ZukunftBautechnik6/2020419Nachrichten

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Walter, Bernd; Weber, Gordon; Metz, JohannesDas neue Verschlusssystem des Hochwassersperrtors LadenburgBautechnik6/2020420-426Berichte

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Das 1931 in Betrieb gegangene Hochwassersperrtor Ladenburg 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. Das Hochwassersperrtor wird nun durch einen Neubau ersetzt. Als bewegliches Verschlusssystem kommt ein Drucksegment mit zweiseitigem hydraulischem Antrieb zum Einsatz. Um eine ständige Einsatzbereitschaft zu garantieren, lässt sich der Segmentkörper im Notfall auch ohne Energiezufuhr schließen. Die Antriebs- und Steuerungstechnik wurde hierfür entsprechend ausgelegt. Zudem wurde auf geringen Betriebs- und Unterhaltungsaufwand besonderer Wert gelegt.
Bei der Entwicklung und der Umsetzung des Einhub- und Montagekonzepts stellten die Dimensionen und der Einbauort des Segmentkörpers die maßgeblichen Herausforderungen dar. Aufgrund von Änderungen der Randbedingungen während der laufenden Baumaßnahme musste das Einhub- und Montagekonzept angepasst werden, was umfangreiche Umbauarbeiten am schon fertiggestellten Segmentkörper erforderlich machte.

The new locking system of the Ladenburg flood barrier gate
In operation since 1931, the Ladenburg flood barrage gate will be replaced by a new one. It will be closed after a flood with a recurrence interval of two years, thus protecting the industrial and residential areas from flooding alongside the canal. A segment with a two-sided hydraulic drive is used as a movable closure system. To guarantee permanent operational readiness, the segment body can be closed without energy supply. In particular, the drive and control technology has been designed accordingly. Furthermore, special attention was paid to low operating and maintenance costs.
The main challenges during the development and implementation of the lifting and assembling have been the dimensions and the installation in situ of the segment. Due to changes in the boundary conditions during the ongoing construction work, the hoisting and assembly concept had to be adapted, which required extensive conversion work on the already completed segment.

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Pohl, Martin; Nuber, Thomas; Abratis, Joachim; Peschken, GabrieleDüsenstrahlpfähle für die Schleuse Brunsbüttel unter besonderer Berücksichtigung der GW-VerhältnisseBautechnik6/2020427-432Berichte

Kurzfassung

Bei Europas derzeit größter Wasserbaustelle, dem Neubau der fünften Schleusenkammer in Brunsbüttel, kommen zur Rückverankerung der Schleusenkammerwände und -sohle sog. Düsenstrahlpfähle zum Einsatz. Der Einsatz dieser Elemente wurde aufgrund mehrerer Aspekte erforderlich: im Nahbereich der über 100 Jahre alten Schleusen darf nicht gerammt werden, das Grundwasser (GW) weist erhöhte Konzentrationen an Ammonium und Sulfat im Lastabtragungsbereich der geplanten Rückverankerung auf, zudem müssen vergleichsweise hohe Lasten bis zu 2600 kN abgetragen werden.
Die Düsenstrahlpfähle bestehen aus einer Düsenstrahlsäule mit einem Durchmesser von 1,0 m und Längen bis zu 7,5 m, in die ein Stahlzugglied (Durchmesser bis 14 cm) eingestellt wird. Da für derartige Düsenstrahlpfähle keine allgemeine bauaufsichtliche Zulassung existiert, wurde nach umfangreichen Untersuchungen und theoretischen Betrachtungen eine Zustimmung im Einzelfall erteilt.
Die Düsenstrahlpfähle wurden gewählt, weil beim Aufdüsen des Baugrunds durch unterschiedliche Erosionswiderstände eine Verzahnung der Düsenstrahlsäule mit dem Baugrund entsteht. Somit wird, unter Einsatz eines Zements mit einem geringen w/z-Wert von 0,6, eine dauerhafte Lastabtragung, selbst bei Betonangriff, gewährleistet. Die Düsenstrahlpfähle kommen in Tiefen ab 25 m u. GOK (in den tragfähigen Sanden) zum Einsatz. Umfassende Betrachtungen zu den Grundwasserverhältnissen und zur -beschaffenheit konnten den Einsatz der Düsenstrahlpfähle optimieren.

Jet grouted piles for the Brunsbüttel lock with special consideration of the GW-conditions
At Europe's currently largest water engineering construction site, the construction of the fifth lock chamber in Brunsbüttel, so-called jet grouted piles are used to anchor back the lock chamber walls and lock base. The use of these elements became necessary for several reasons: in the vicinity of the locks, which are over 100 years old, driving is not permitted, groundwater that attacks concrete (ammonium and sulphate) occurs in relevant proportions in the load transfer area and comparatively high loads of up to 2600 kN must be transferred.
The jet grouted piles consist of a jet column with a diameter of 1.0 m and lengths up to 7.5 m, into which a steel tension member (diameter up to 14 cm) is inserted. As there is no general approval by the building authorities for such jet grouted piles, the Federal Ministry of Transport and Digital Infrastructure (BMVI) granted approval in individual cases (ZiE) after extensive investigations and theoretical considerations.
The jet grouted piles were chosen because the jet grouting of the subsoil creates an interlocking of the jet grout column with the subsoil due to different erosion resistances. Thus, using a cement with a low w/c-value of 0.6, a permanent load transfer is guaranteed, even if the concrete is attacked. The jet grouted piles are used at depths from 25 m below ground level (in the load-bearing sands). Comprehensive observations of the groundwater conditions and the nature of the groundwater were utilized to optimise the use of the jet grouted piles.

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Zimmer, Mirka; Eggeling, ThomasErfahrungen mit der Nachrechnung von fünf Wehranlagen nach TbWBautechnik6/2020433-440Berichte

Kurzfassung

Die Altersstruktur und der damit verbundene Zustand der Wehranlagen in Deutschland fordern in den kommenden Jahren an zahlreichen Anlagen tief greifende bauliche Maßnahmen. Gleichzeitig sind die personellen Ressourcen für die Umsetzung dieser Aufgaben begrenzt.
Das Wasserstraßen-Neubauamt (WNA) Aschaffenburg verfolgt deshalb ein Konzept zur Ermittlung des Instandsetzungs- bzw. Ersatzbedarfs für die Wehranlagen am Main. Um die Dringlichkeit und den Umfang einzelner Maßnahmen an den Anlagen zu erkunden und abzuschätzen, werden zunächst die Wehranlagen Freudenberg, Rothenfels, Steinbach, Harrbach und Erlabrunn tiefergehend auf ihren Zustand hin untersucht.
Im Rahmen der Zustandsbegutachtung ist die innere Standsicherheit der bestehenden Wehrpfeiler betrachtet worden. Dies ist auf Grundlage des BAW-Merkblatts “Bewertung der Tragfähigkeit bestehender, massiver Wasserbauwerke (TbW)” erfolgt. Am Beispiel der Wehranlage Erlabrunn wird hier die Vorgehensweise dargestellt und Schlussfolgerungen daraus gezogen. Insbesondere die Nachrechnung der unbewehrten Betonbauteile im Bereich der Verschlussnischen stellt eine große Herausforderung dar. Es werden Berechnungsansätze für die Detailnachweise in diesen Bereichen aufgezeigt.
Durch die analoge Betrachtung von fünf Wehranlagen ist ein anschließender Vergleich gegeben, welcher die Priorisierung der Grundinstandsetzungen möglich macht.

Experience with the recalculation of five weir systems according to TbW
The age structure and the associated condition of the weirs in Germany will demand far-reaching construction measures at numerous facilities in the coming years. Concurrently, the personnel resources for the implementation of these tasks are limited.
Therefore the Wasserstraßen-Neubauamt (WNA) Aschaffenburg is pursuing a concept for determining the repair or replacement requirements for the weirs on the Main. In order to explore and estimate the urgency and scope of individual measures at the weirs, the condition of the weirs at Freudenberg, Rothenfels, Steinbach, Harrbach and Erlabrunn are first examined in greater depth.
The internal stability of the existing weir piers will be examined within the scope of the condition assessment. This is accomplished on the basis of the BAW instruction sheet “Bewertung der Tragfähigkeit bestehender, massiver Wasserbauwerke (TbW)”. Using the example of the Erlabrunn weir system, the procedure is described here and conclusions are drawn. It was shown that especially the recalculation of the non-reinforced concrete components in the area of the sealing niches is a great challenge. Furthermore calculation approaches for the detailed verifications in these areas are shown.
By considering five weir systems similarly, a subsequent comparison is given, which enables a priorition oft he basic repairs.

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Heinzelmann, Christoph; Bödefeld, Jörg; Duric, ZoranaDigitalisierung im VerkehrswasserbauBautechnik6/2020441-445Berichte

Kurzfassung

Die Digitalisierung im Verkehrswasserbau bietet einerseits große Chancen und ist andererseits eine große Herausforderung für die nächsten Jahre. Um das Effizienzpotenzial der Digitalisierung voll auszuschöpfen, muss der gesamte Lebenszyklus der Bauwerke vom Planen und Bauen bis zum Betreiben und Unterhalten betrachtet werden. Unter dieser Voraussetzung ergeben sich Perspektiven, die weit über die Bauwerksplanung und die intelligente Bauwerksmodellierung hinausgehen. Der vorliegende Beitrag präsentiert mögliche Wege für eine erfolgreiche Digitalisierung im Verkehrswasserbau und zeigt auf, welche konkreten Schritte bereits heute unternommen werden können, um eine stabile Basis für eine nachhaltige digitale Entwicklung zu schaffen.

Digitalisation for hydraulic engineering
On the one hand digitalisation offers great opportunities for hydraulic engineering, while at the same time also being a major challenge for the upcoming years. To fully utilize the efficiency potential of digitalisation, the entire life cycle of structures must be considered: planning, construction, operation and maintenance. Thus opportunities that go far beyond (the digitalisation of) hydraulic structure planning and intelligent hydraulic structure modeling, seem feasible. This article describes possible approaches to successfully digitalizing the field of hydraulic engineering and it goes on to show which steps can be taken to build a foundation for sustainable digital development.

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Bautechnik aktuell 6/2020Bautechnik6/2020447-452Bautechnik aktuell

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Wettbewerbe:
Architekturpreis Beton 2020 entschieden

Nachrichten: Praxisorientierte Arbeitshilfe für den effizienten Mauerwerksbau
DBV-Neuerscheinung zur “Begrenzung der Rissbildung im Stahlbeton- und Spannbetonbau” - Ein Muss für Tragwerksplaner

Nachrichten: Additive Fertigung von keramischen Bauteilen

Veranstaltungen: HNTAG 2020 - Planung, Bemessung und Ausführung am 24. September 2020

Rezensionen: Rolf-Herbert Krüger: Das Bauwesen in Brandenburg-Preußen im 18. Jahrhundert

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Kongresse - Symposien - Seminare - MessenBautechnik6/2020452Veranstaltungskalender

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Inhalt: Beton- und Stahlbetonbau 6/2020Beton- und Stahlbetonbau6/2020Inhalt

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Titelbild: Beton- und Stahlbetonbau 6/2020Beton- und Stahlbetonbau6/2020Titelbild

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Zum Titelbild:
Der Neubau des Bürogebäudes Inn.Kubator, das digitale Gründerzentrum Niederbayerns, wird aktuell in Passau direkt neben der dortigen Universität gebaut.
Im dem modernen Bürogebäude kommen die Innovationen BEEPLATE® Hohlkörperdecke und die BAMTEC® Bewehrungstechnologie zum Einsatz.
Die weitgespannten Ortbetonflachdecken wurden als BEEPLATE® Hohlkörperdecken ohne Unterzüge oder Verdickungen realisiert. Das hat den Bau der Decken enorm vereinfacht.
In Kombination mit der BAMTEC® Bewehrungstechnologie wurde zusätzlich Bauzeit eingespart. Das Ausrollen der mengenoptimierten, bis zu 1,5 t schweren BAMTEC® Elemente, ging einfach und schnell. Die Qualität wird durch die maschinelle Vorfertigung und die Durchgängigkeit der Daten von der Planung in die Produktion gewährleistet. Siehe auch: www.beeplate.com; www.bamtec.com. (Foto: Häussler Innovation)

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Morgen, KarlRisiko - Sicherheit - Robustheit - ResilienzBeton- und Stahlbetonbau6/2020415Editorials

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Giesa, Tristan; Rost, MarkusKonventionelle Abbruchplanung von Kühltürmen unter Verwendung eines progressiven SchadensmodellsBeton- und Stahlbetonbau6/2020416-423Aufsätze

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Der circa 160 m hohe Kühlturm des Kernkraftwerks Mülheim-Kärlich wurde konventionell ohne Sprengung in einem mehrstufigen Prozess abgebrochen. Der Prozess unterteilt sich in die Phasen: vertikaler Zugang, maschineller und automatisierter Abbruch der oberen Kühlturmhälfte, kontrollierter Kollaps der unteren Kühlturmhälfte, Restabbruch. Es wird eine neue Methodik für den Abbruch präsentiert, bei dem die Struktur erst durch Schnitte in der Kühlturmschale und dann durch das sukzessive Entfernen von Stützen geschwächt wurde. Ein definierter Impuls, das Entfernen eines kritischen Stützelements, führt zu einem dem Abbruch mit Sprengstoff ähnlichen Versagen. Der Abbruchprozess wurde mithilfe der Finite-Elemente-Analyse modelliert. Ein progressives Versagensmodell, das anhand von Materialversuchen kalibriert und validiert wurde, konnte das Versagen der Schale präzise vorhersagen. Solche Analysetechniken können effektiv eingesetzt werden, um die Sicherheit des Abbruchs mittels kontrollierten Einsturzes hinsichtlich Einsturzverhalten, Fallrichtung und Erschütterungsprognose zu verbessern.

Conventional Demolition of Cooling Towers using a Progressive Damage Model
The approximately 160 m high cooling tower of the Mülheim-Kärlich nuclear power plant was conventionally demolished in a multi-stage process. This process is comprised of the following stages: vertical access, demolition of the upper third of the cooling tower using a remote-controlled excavator, controlled collapse of the lower part of the cooling tower, residual demolition. Here we present a novel approach to demolition, where the structure is first weakened by cuts and removal of base columns, and then a defined impulse, e.g. removal of a critical support element leads to failure akin to the demolition with explosives. We modeled the collapse using finite element analysis. A progressive failure model, validated from coupon tests, could accurately predict the failure of the concrete in compression. We showed that such analytical techniques can be effectively utilized to plan the demolition of cooling towers where non-traditional demolition techniques are required.

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Einen Nachfolger im Planungsbüro richtig integrieren - neues eBook vom QualitätsVerbund Planer am BauBeton- und Stahlbetonbau6/2020423Nachrichten

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Vospernig, Michael; Reiterer, MichaelEvaluierung der dynamischen Systemeigenschaften von einfeldrigen Stahlbeton-Eisenbahnbrücken - Messtechnische Bestimmung der dynamischen Kennwerte für zwei Versuchsbrücken im gerissenen und ungerissenen Zustand bei unterschiedlichen AusbauzuständenBeton- und Stahlbetonbau6/2020424-437Aufsätze

Kurzfassung

Dynamische Berechnungen von Zugüberfahrten für kurze einfeldrige Eisenbahnbrücken führen oft zu einem Überschätzen der Tragwerksantwort im Resonanzfall. Bei Vergleichsmessungen an realen Stahlbetontragwerken kann festgestellt werden, dass dynamische Kenngrößen wie die Eigenfrequenzen und die Lehrschen Dämpfungen von den Vergleichsgrößen im Rechenmodell stark abweichen. Nach Einbeziehung der messtechnisch ermittelten dynamischen Kenngrößen in das Rechenmodell können die dynamischen Nachweise sehr oft positiv geführt werden. Zur Erzielung einer besseren Übereinstimmung von Messung und Berechnung werden in der gegenständlichen Untersuchung an zwei Versuchsbrücken die dynamischen Kenngrößen im Zuge einer Messkampagne bei unterschiedlichen Ausbauzuständen ermittelt. Dabei liegt das Hauptaugenmerk darauf, die Steifigkeit und Systemdämpfung beeinflussenden Parameter abzuleiten, die mit der Bauform der Versuchsbrücken in Verbindung stehen. An den beiden Versuchsbrücken, in Form von einfeldrigen Stahlbetonplatten, werden Messungen der Tragwerksantwort mit der krafterregten Schwingungsanregungsmethode durchgeführt, wobei ein Tragwerk im ungerissenen und eines im gerissenen Zustand untersucht wird. Die Änderungen der dynamischen Kenngrößen infolge Ausbaulasten, temperaturbedingter jahreszeitlicher Schwankungen und Konstruktionsdetails werden dokumentiert und Vorschläge für die Anpassung in der Modellierung für die dynamischen Berechnungen werden angeführt.

Evaluation of the dynamic system characteristics for single span concrete railway bridges - Determination of dynamic parameters due to measurements on two test bridges in cracked and uncracked state with variations of the dead load
Structural dynamic analysis of short single span railway bridges due to passing trains often overestimate the structural response. Consequent measurements on concrete bridges are performed to evaluate the dynamic parameters such as the eigenfrequency and Lehr's damping ratio. These parameters strongly deviate from the parameters of the structural model. Analysis with the proper parameters lead to realistic results regarding the structural responses. To receive more realistic results in course of a dynamic analysis, investigations on two concrete slab test bridges are established. The main concern in the investigations focuses on changes of the stiffness and damping parameter due to alteration on the test bridge characteristics. Both structures are excited by force controlled long stroke shakers to determine the dynamic response. During the measurement campaign one concrete slab bridge is tested in a crack free state whereas the other one is tested in a cracked state. Changes of the dynamic parameters due to dead load, temperature changes and structural adjustments are documented and recommendations for a meaningful model updating to enhance the dynamic analysis are performed.

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Ralbovsky, Marian; Vorwagner, Alois; Kleiser, Michael; Kozakow, ThomasAbschätzung von verkehrsinduzierten Schwingungen von Straßenbrücken vor Betonierarbeiten - Bildung eines Meta-Modells zur Erstabschätzung des Risikos einer negativen Beeinflussung auf den erhärtenden Beton beim Betonieren unter VerkehrBeton- und Stahlbetonbau6/2020438-447Aufsätze

Kurzfassung

Bei Fahrzeugüberfahrten über Brücken kommt es zur Interaktion zwischen Tragwerk und Fahrzeug, deren Zusammenhänge äußerst komplex und schwer vorhersagbar sind. Gerade bei anstehenden Bauarbeiten an bestehenden Betonbrücken müssen diese bei aufrechterhaltenem Verkehr stattfinden, wodurch der junge Beton während seiner Erhärtung mit Schwingungen belastet wird. Aber gerade im Zuge der Planung von Bauphasen oder Bauabläufen ist eine Abschätzung im Vorfeld hilfreich. Aus diesem Grund wurden Großrechenserien, basierend auf Berechnungsmodellen von ganzen Brückenpopulationen untersucht. Das Ziel war, die verkehrsinduzierten Schwingungen von Platten- und Plattenbalkenbrücken in gängigen Konfigurationen abzuschätzen, um bei der Planung von Bauarbeiten entsprechende Schritte zur Schonung des jungen Betons in seiner kritischen Erhärtungsphase setzen zu können. Dabei wurden die Brückenschwingungen durch transiente FE-Simulationen bei einer Vielzahl von Lkw-Überfahrten berechnet und einerseits die Brückeneigenschaften wie Spannweite, Schlankheit etc., andererseits auch die Überfahrtsparameter wie Straßenoberfläche, Fahrgeschwindigkeit und Spur variiert. Die Betrachtung einzelner Parameter zeigte sich dabei als unzureichend, weshalb aufbauend auf dem großen Datensatz ein Meta-Modell in Form von einfachen Gleichungen gebildet wurde, welches den Einfluss mehrerer Parameter vereint. Das Meta-Modell ermöglicht eine Erstabschätzung der zu erwartenden Schwingungsamplituden und soll als Unterstützung für die Planung von nötigen Maßnahmen dienen.

Estimating traffic-induced vibrations of road bridges prior to concreting works - Creating a meta-model for preliminary estimation of the risk of early-age concrete being negatively affected during its hardening by ongoing traffic
The interaction between the bridge and the vehicles passing over it is governed by very complex interrelationships, effects of which are difficult to predict. When construction works on existing concrete bridges take place, vibrations caused by ongoing traffic pose a potential risk for the early-age concrete, which may be being negatively affected during its hardening process. But especially in the course of the planning of construction processes and procedures, a preliminary estimate of potential risk would be helpful. For this reason, large-scale computation series based on calculation models of entire bridge populations was executed. The aim was to estimate the traffic-induced vibrations of slab and T-beam bridges in common configurations to be able to take appropriate steps in planning of construction works and protect the young concrete in its critical hardening phase. The bridge vibrations were calculated by transient FE-simulation for a large number of truck passages, while bridge properties such as span, slenderness, etc. on one hand, and crossing parameters such as road surface and driving speed and lane on the other hand, were varied. The consideration of individual parameters turned out to be insufficient, therefore a meta-model in the form of simple equations was formed based on the large data set created. The meta-model combines the influence of several parameters and provides an initial estimate of the expected vibration amplitudes, which supports decision-making in the planning of necessary measures.

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Yilmaz, Deniz; Angst, UeliKorrosionsbedingte Kosten an Ingenieurbauwerken im Schweizer StraßennetzBeton- und Stahlbetonbau6/2020448-457Aufsätze

Kurzfassung

Ein Großteil der Schäden an Ingenieurbauwerken wird durch Korrosion verursacht. In der vorliegenden Arbeit wurden repräsentative Erhaltungsprojekte von Ingenieurbauwerken in der Schweiz detailliert analysiert. In den untersuchten Fällen zeigte sich, dass 56 % der Instandsetzungskosten (± 11 %) direkt durch die Korrosion verursacht werden. Bei Ingenieurbauwerken im Straßennetz der Schweiz liegen die direkt durch Korrosion versursachten Kosten somit schätzungsweise bei 260 bis 510 Mio. CHF pro Jahr, also gegen 1 000 CHF pro Minute. Dies entspricht 0,08 % des Bruttoinlandprodukts. Nebst dem Straßennetz werden Korrosionskosten auch an anderen Ingenieurbauwerken erwartet, etwa an der Bahninfrastruktur, im Energiesektor oder bei Wohn- und Bürobauten. Diese wurden hier nicht berücksichtigt; ebenso wurden die indirekten Kosten (Staus, Umweltbelastung, etc.) nicht quantifiziert. Die hier ermittelten direkten Kosten durch Korrosion an Ingenieurbauwerken im Straßennetz der Schweiz stimmen in der Größenordnung mit den für die USA vorliegenden Daten überein und können daher möglicherweise auch auf andere industrialisierte Länder angewandt werden. Aufgrund dieser volkswirtschaftlichen Bedeutung ist es zentral, das Korrosionsphänomen bestmöglich unter Kontrolle zu haben. Dies bedingt dringend technologische Innovationen und eine zeitgemäße Ausbildung von Fachkräften im Bauwesen.

Corrosion Caused Costs on Civil Engineering Structures of the Swiss Road Networks
The degradation of traffic infrastructure is to a large extent caused by corrosion. For this study, selected representative maintenance projects of Swiss civil engineering structures were analysed in detail. These analyses revealed that on average 56 % of the maintenance costs (± 11 %) are directly related to corrosion. The direct costs of corrosion of civil engineering structures in the Swiss road network amounts to approximately 260-510 million Swiss francs per year, i.e. almost 1 000 Swiss francs per minute. This corresponds to 0.08 % of the GDP. Apart from civil engineering structures of the road network, corrosion also generates costs for other engineering structures, i.e. structures of rail operators, of the energy sector, or residential and office buildings and industrial plants. These structures were here not taken into account. Additionally, indirect costs (traffic jams, environmental pollution, etc.) were here not quantified. The direct costs of corrosion of civil engineering structures of the Swiss road network estimated in this study are in agreement with the available data from the U.S. and therefore might be applied to other industrialised countries.

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