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Der sechsstreifige Ausbau der Bundesautobahn A 3 zwischen Aschaffenburg und dem Autobahnkreuz Biebelried erforderte östlich der Tank- und Rastanlage Spessart die Verlegung der BAB in einen neuen tiefen Einschnitt. Für die im Winkel von 43 gon kreuzende Staatsstraße 2312 war ein neues, im Mittelstreifen stützenfrei auszubildendes Überführungsbauwerk zu entwerfen. Gewählt wurde ein Tragwerk, welches statisch und gestalterisch der extremen Schiefe der sich kreuzenden Verkehrswege entgegenwirkt. Diagonal über den Überbau spannend, präsentiert sich das als Monobogen konzipierte, oben liegende Tragwerk mit beidseitigen Seilabspannungen in seiner unverfälschten Ansicht nahezu senkrecht über der Autobahn.
Das Bauwerk liegt an der höchsten Stelle der BAB des gesamten Ausbauabschnitts. Die Autobahndirektion Nordbayern würdigte diesen besonderen Ort mit der Durchführung eines Brückenwettbewerbes. Der Monobogen konnte als Tor zum Spessart mit seiner unverwechselbaren Konstruktion und Gestaltung überzeugen. (Foto: SSF / Florian Schreiber)

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Mit dem Programm Brückenmodernisierung der Bundesregierung stehen viele Ersatzneubauten von großen Tal- und Flussbrücken an. Aufgrund der enormen Spannweiten werden diese vornehmlich als Stahl- bzw. Stahlverbundbrücken ausgeführt werden. Daher ist es wichtig, den Planern und Verwaltungshandelnden aktuelle konstruktive, aber auch bewährte Planungs- und Herstellungsdetails bemessungsrelevanter Punkte kompakt an die Hand zu geben.
Im Bewusstsein der an den Rheinbrücken vorgefundenen Ermüdungsschäden als Folge direkter Einwirkung hoher Achslasten gilt es für die künftigen Neubauten vieles zu durchdenken und ggf. zu überarbeiten, damit diese neuen Brücken den veränderten und zukünftigen Randbedingungen insbesondere hinsichtlich der ermüdungswirksamen Beanspruchung besser gerecht werden. Dabei sind neben Nachhaltigkeit und Resilienz in Bezug zur Materialwahl und Ausführungsqualität besonders auch die Bedingungen einer handnahen Prüfung und Inspektion der Konstruktion zu beachten und zu fördern.

Design tools for steel and composite bridges - updating the RE-ING and RiZ-ING
The federal government's Bridge Modernization Program provides for many new bridges to be built to replace large valley and river bridges that do not meet current structural requirements. Due to their enormous spans, the current bridges will almost certainly be replaced with steel or composite structures. It is therefore essential to provide planners and others involved in this program with up-to-date design requirements, best practices, potential execution issues, and design-relevant details in a concise manner.
Specifically, in light of the fatigue damages detected in Rhine bridges, mostly due to high axial loads of trucks, numerous design aspects need to be reviewed in order to ensure that these new bridges will meet future requirements in a better way. Among the important issues to be taken into account are sustainability and resilience with respect to materials and execution quality, as well as conditions for enhanced structural health monitoring.

Das Tragverhalten statisch unbestimmter Stahlverbundträger - folgend kurz Verbundträger - wird im Gebrauchszustand maßgeblich durch die Rissbildung in den Bereichen negativer Momentenbeanspruchung beeinflusst. Verbundträger mit Teilfertigteilen weisen aufgrund lokaler Umlagerungen einige Besonderheiten auf, die mit den herkömmlichen Berechnungsverfahren nicht ausreichend beschrieben werden können. Dieser Beitrag stellt Berechnungsansätze vor, mit denen das spezifische Tragverhalten erfasst und Rissbildung, Rissbreiten sowie Verformungen wirklichkeitsnah beschrieben werden können.

Crack and deformation behaviour of composite beams using partial-depth precast concrete units
The structural behaviour of statically indeterminate composite beams under service conditions is basically influenced by crack formation in ranges with negative moments. Composite beams with partial-depth precast concrete units show some particularities, which cannot be described accurately using the established methods of calculation. This article presents methods of calculation, which can be used to cover the specific structural behavior and describe crack formation, crack widths and deformations realistically.

Bei der Montage von Stahl- und Stahlverbundbrücken im Taktschiebeverfahren sind die schlanken Stegbleche des Überbaus temporär einer biaxialen Druckbeanspruchung ausgesetzt. Neben den Längsspannungen infolge des Biegemoments tritt am Verschublager gleichzeitig eine einseitige Querdruckbelastung auf, sodass der Bauzustand oft bemessungsrelevant wird. Für längsversteifte Stegbleche ist in Deutschland für eine analytisch gestützte Bemessung die Methode der reduzierten Spannungen nach DIN EN 1993-1-5 zu verwenden. Jüngere Untersuchungen hatten für den Fall einachsiger Druckbeanspruchungen festgestellt, dass das Nachweisformat für längsausgesteifte Beulfelder unter Berücksichtigung der Torsionssteifigkeit geschlossener Steifen bei der Bestimmung der kritischen Beulspannung zu unsicheren Ergebnissen führt. Deswegen wurde im November 2018 in den Nationalen Anhang zu DIN EN 1993-1-5 aufgenommen, dass die Torsionssteifigkeit in diesen Fällen zu vernachlässigen ist. Im Oktober 2019 wurde auch die Hauptnorm DIN EN 1993-1-5 entsprechend ergänzt. Im Rahmen einer Masterarbeit wurde in einer numerischen Parameterstudie untersucht, inwiefern sich die hohe Torsionssteifigkeit geschlossener Steifen gegenüber offenen Querschnitten auf die Versagenslast und -form eines Stegblechs unter mehrachsiger Druckbeanspruchung auswirkt. Die Traglasten aus der Parameterstudie werden herangezogen, um sie den Ergebnissen nach dem Verfahren aus DIN EN 1993-1-5 gegenüberzustellen und Empfehlungen für die Bemessung zu entwickeln.

On the influence of the torsional stiffness of longitudinal stiffeners with panels under biaxial compression stresses
During the incremental launching of steel and composite bridges, the superstructure's slender web plates are temporarily exposed to multiaxial compressive stresses. Along with longitudinal stresses due to the bending moment, there are transversal compressive stresses acting on the web at the launch bearings. Often, this construction stage is governing for the structure's design. In Germany, an analytical design approach for longitudinally stiffened webs requires the application of the reduced stress method of DIN EN 1993-1-5. Current investigations showed that if longitudinally stiffened plates with closed section stiffeners are exposed to uniaxial compression and the critical buckling stresses are calculated under consideration of the torsional stiffness of the longitudinal stiffeners, the method may lead to unsafe design results. Since November 2018, the rule to neglect the torsional stiffness in these cases has been introduced into the German National Annex to DIN EN 1993-1-5 and since October 2019 it is also part of DIN EN 1993-1-5. In a recent master thesis the effects of closed-section stiffeners with a high torsional stiffness on the structure's failure load and mode under multiaxial compression have been investigated. This was done by a numerical parametric study, where the findings have been compared to the design results of the reduced stress method of DIN EN 1993-1-5. Recommendations on design approaches have been developed.

Herrn Prof. Dipl.-Ing. Holger Svensson zur Vollendung des 75. Lebensjahres gewidmet
Bei Großbrücken spielt das Eigengewicht der Fahrbahnplatte eine sehr wichtige Rolle. Orthotrope Stahlfahrbahnplatten sind leicht, jedoch sehr ermüdungsanfällig. Deswegen werden orthotrope Platten heute nur noch in Ausnahmefällen geplant. Stahlbetonfahrbahnplatten von Verbundbrücken sind robust, jedoch für große Spannweiten zu schwer. Die Orthoverbundplatte kombiniert die Vorteile der orthotropen Fahrbahnplatte mit der Stahlbetonfahrbahnplatte von Verbundbrücken auf ideale Weise. Das Grundprinzip von leichten Verbundfahrbahnplatten existiert schon seit den 1930er-Jahren und wurde bei einigen Großbrücken erfolgreich eigesetzt.
Die Orthoverbundplatte besteht aus einer orthotropen Platte mit reduzierten Abmessungen und einer bewehrten Aufbetonschicht. Den Verbundmitteln kommt eine entscheidende Rolle zu. Sie müssen auf einer großen Fläche wirtschaftlich aufgebracht werden können und zugleich widerstandsfähig gegen Ermüdung sein. Bei aktuell in Planung befindlichen Bauvorhaben sind Kopfbolzendübel vorgesehen. Überlegungen und erste Versuche legen nah, dass Verbunddübelleisten besser geeignet sind.

The ortho-composite slab
The self-weight of the roadway slab is a very important issue for the design of wide-span bridges. Orthotropic decks are light, but very vulnerable to fatigue. Hence, orthotropic decks are planned very rarely nowadays. Reinforced concrete slabs on composite bridges are robust, but to heavy for large spans. The ortho-composite slab combines the advantages of orthotropic decks and concrete decks in a most favorable way. The general principle of lightweight composite slabs exists from the 1930s and has been successfully used on several wide-span bridges.
The ortho-composite slab consist of an orthotropic deck with reduced dimensions and a layer of reinforced concrete. The type of shear connectors play a very important roll on this construction type. They have to be installed on a large area in an economic way and at the same time, they have to be resistant to fatigue. At currently ongoing projects, headed studs are used as shear connectors. Considerations and first test results show that composite dowels are more appropriate for the particular use case.

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Nach einem kurzen Rückblick auf die Vorgängerbauwerke der Rheinbrücke Maxau wird das aktuelle Bauwerk eingehend beschrieben. Im Rahmen der Ertüchtigungsplanung war eine Nachrechnung der Brücke gemäß Nachrechnungsrichtlinie durchzuführen. Die Anforderungen, die sich bei der Anwendung eines modernen Regelwerks ergeben, stellen eine große Hürde für den Nachweis bestehender Brücken dar. Durch differenzierte weiterführende Betrachtungen konnten kritische Nachweise erbracht werden. Überlegungen hinsichtlich der Risse in der Fahrbahnkonstruktion führten zur Entscheidung, die Fahrbahn für eine dauerhafte Nutzung zu ertüchtigen. Die Grundgedanken hierzu werden aufgeführt. Eingehend wird die Ertüchtigung der Fahrbahn in einem folgenden zweiten Teil beschrieben.

Reinforcement of the Rhein bridge Maxau
After a short review of the predecessing bridges, the actual Rhein-bridge Maxau is described in detail. For the reinforcement of the bridge, it was necessary to carry out a calculation on basis of the Nachrechnungsrichtlinie. The difficulties, connected with this proceeding, could be solved with divergent approaches. The reinforcement of the orthotropic plate will be fully described in part 2.

In den nächsten Jahren sind zahlreiche Großbrücken im Netz der Bundesfernstraßen durch Neubauten zu ersetzen. Hierbei sind im Bauwerksentwurf die Stahlverbundüberbauten aufgrund der Vorteile bezüglich der Vorfertigung und schnellen Montage häufig die Vorzugsvariante. Im vorliegenden Beitrag wird auf aktuelle Entwicklungen dieser Stahlverbund-Deckbrücken hinsichtlich des Tragwerksentwurfs einschließlich der Querschnittsgestaltung sowie wichtiger Konstruktionsdetails eingegangen und es werden aktuelle Projekte der DEGES vorgestellt.

Design, construction and calculation specifications of actual large composite bridges
At the next few years numerous large bridges in the network of federal highways will have to be replaced. At structural design the composite deck bridges are often preferred because of advantages by prefabrication and quick installation. At the present contribution current developments of these composite bridges are discussed with special regard to structural design including the cross-sectional design as well as construction details. Finally some current DEGES projects are presented

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Im vorliegenden Aufsatz wird in Ergänzung zum Teil 1 - Ermüdungsverhalten - das Vorspannverhalten von geschraubten Verbindungen, die bei der Befestigung von Lärmschutzwandstehern auf Kunstbauten ausgeführt werden, experimentell untersucht und bewertet. In einem indikativen Vorversuch wurden insgesamt vier Messserien durchgeführt, bei denen die Verbindung mit einem vorab definierten Anziehdrehmoment jeweils dreimal hintereinander mutterseitig angezogen und wieder gelöst wurde. Als Schmiermittel wurde die Feststoffschmierpaste Molykote 1000 angewendet. Die in den Vorversuchen verwendeten Gewindebolzen und Muttern sind aus nichtrostendem Stahl A4-80 hergestellt und weisen den Durchmesser M20 auf. Die Vorversuche dienen zur Untersuchung des Einflusses von unterschiedlichen Typen von Scheiben auf die sich ergebende Größe der Vorspannkraft im Gewindebolzen. Da geschraubte Verbindungen aus nichtrostendem Stahl derzeit normativ nicht geregelt sind, wurden am Institut für Metall- und Leichtbau der Universität Duisburg-Essen ergänzende experimentelle Untersuchungen im Sinne einer Verfahrensprüfung an einem kalibrierten Anziehprüfstand durchgeführt. Auf Grundlage dieser an Gewindebolzen M16 und M20 aus nichtrostendem austenitischem Stahl A4-80 in Kombination mit Keilsicherungsscheiben durchgeführten Anziehversuche wurde eine Verfahrensanweisung für das mutterseitige Vorspannen abgeleitet.

Experimental investigation on the preload behaviour of noise barrier steel post fastenings on structures
In addition to part 1 - fatigue behaviour in the present article the preload behaviour of noise barrier steel post fastenings on structures is experimentally studied and valuated. In a first indicative pre-test altogether four bolted connections were preloaded and released three times consecutively with a defined level of tightening torque and in every test the solid lubricant Molykote 1000 was applied. The tested threaded bolts and screw nuts are made of stainless steel A4-80 of M20 dimension. Beside the investigation of the preload behaviour of the bolted connection the pre-tests were performed to study the influence of different washer types to the resulting preload level within the threaded bolts. Due to the fact that bolted connections made of stainless steel are currently not regulated in civil engineering standards, it was decided to perform additional experimental tests in term of a tightening procedure test on the calibrated tightening-torque testing machine facility for mechanical fasteners of the Institute for Metal and Light Weight Structures of University of Duisburg-Essen. On the basis of the performed tightening-torque tests considering threaded bolts of M16 and M20 dimension made of stainless steel in combination with stainless steel wedge-lock washers and solid lubricant a tightening procedure for preloading threaded bolts made of stainless steel was defined.

Im Gespräch:
Im Gespräch mit Achim Sattler über die Ortenau-Brücke Lahr

Stahlbau Quiz: Das neue Stahlbau Quiz - Ein Rückblick auf 2019 mit Lerneffekt

Aktuelles: Kooperation zu niederländischen Stahlbau-Lehrbüchern in englischer Sprache vereinbart
Bundesverband Deutscher Stahlhandel - Research: Es läuft nicht rund
Durchschnittliche BDSV-Lagerverkaufspreise für Stahlsorten in Deutschland

Wettbewerbe: Professor Eduardo de Arantes e Oliveira Award zeichnet Arbeit zur Stabilität von hochfesten Stahlträgern aus

Tagungen & Veranstaltungen: FEM im Stahlbau: Tragsicherheitsnachweise auf Grundlage des Eurocode 3 - Fortbildungsseminar zum Buch
Dresdner Stahlbaufachtagung 2020
Kommentar Eurocode 4 Verbundbau - Fortbildungsseminar zum Buch (Save the Date)
Münchener Kranbahntag am 24. September 2020 an der Hochschule München (Save the Date)
Rezension

Einen Besuch wert: Post Tower Bonn

ÖSTV NEWS: Richtlinie für Brandschutz im Stahlbau mit Software-Tool
Neues Fact Sheet: Sicherheit von Stahlbrücken

SZS STEEL NEWS: steeldoc 04/19 Treppen

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The fabrication of constructional steelwork with manual or automated welding takes place in a controlled and safe environment.
© Christoph Schuhknecht, Düsseldorf

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The simplified formula for the web slenderness limit given in EN 1993-1-5 to prevent flange-induced buckling does not usually govern the web design other than for very slender class 4 plate girder webs in steel grades S235 to S355. However, the same formula applied to plate girders designed in S690 high-strength steel (HSS) gives lower slenderness limits likely to govern web design and restrains the possibilities for reducing their thickness in order to profit from the high steel resistance. This paper reviews the background to the simplified formula currently used and compares the web slenderness limits obtained with numerical results from a full non-linear analysis of slender high-strength steel girders.

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Although open-to-circular hollow section (CHS) connections are highly encouraged in the current structural steelwork industry thanks to the extensive range of advantages provided by the CHS columns, a complicated and expensive fabrication procedure has limited their application in practice. The additional gusset plates or stiffeners needed to strengthen a conventional open-to-CHS connection lead to excessive welding quantities and localized CHS distortion, thus causing an economic as well as structural disadvantage. However, if designed efficiently, the CHS connections can offer an extensive range of solutions for modern multi-storey structures. To that end, different types of nominally pinned and moment-resisting “passing-through” open-to-CHS connections have been developed using laser cutting technology (LCT) and proposed by the European research project LASTEICON. This current article concentrates on the LASTEICON two-way moment-resisting connections. The non-linear behaviour of the connections is discussed by way of an appropriate understanding of the force transfer mechanism. Furthermore, these innovative connections are compared with directly welded conventional open-to-CHS connections in order to highlight the advantages offered by the “passing-through” approach.

This two-part article gives an overview of the developments of the structural member verification in prEN 1993-1-1:2020 “Eurocode 3: Design of steel structures - part 1-1: General rules and rules for buildings”, one of the second generation of Eurocodes. These developments were undertaken by Working Group 1 (WG1) of Subcommittee CEN/TC250/SC3 and by Project Team 1 (SC3.PT1) responsible for drafting the new version of EN 1993-1-1. In the past, WG1 collected many topics needing improvement, and the systematic review conducted every five years also yielded topics needing further development. Based on this, the current version of EN 1993-1-1 has been developed into a new draft version prEN 1993-1-1:2020 enhancing “ease of use”. The technical content of this new draft was laid down at the end of 2019. Many improvements to design rules have been established with respect to structural analysis, resistance of cross-sections and stability of members. This two-part article focuses on member stability design rules and deals with the basis for the calibration of partial factors, the introduction of more economic design rules for semi-compact sections, methods for structural analysis in relation to the appropriate member stability design rules, new design rules for lateral torsional buckling plus other developments and innovations. This first part of the article primarily serves to explain the general background to the European Commission Mandate M/515 that led to the further evolution of the Eurocodes and to illustrate the developments in prEN1993-1-1:2020 that pertain to new material grades, partial factors, cross-sectional classification and structural analysis. These form the necessary background to the changes to member buckling design rules, which are treated more specifically in the second part.

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In Europe, hot-dip galvanizing has hitherto had no appreciable application in bridge construction, which, despite decades of positive practical experience in building construction, is partly due to a lack of knowledge and regulations regarding the influence of galvanizing on the fatigue behaviour. By contrast, diverse examples from non-European countries already confirm the technical and economic significance of galvanized bridge structures. Based on recent research and a guideline, the basics for wider application have been laid in the recent past. Nete Bridge in the Belgian city of Lier is one of the few road bridges with a fully galvanized steel support structure. The current state of the bridge, after more than 20 years in use, is described below - and a positive interim conclusion is drawn. Nete Bridge is in a good technical condition in terms of corrosion protection; no significant maintenance or repair measures have been required in this regard and are not expected in the future either. The example presented illustrates the feasibility of galvanizing bridge components as an alternative to the organic coating systems previously established. This also offers the bridge management authorities responsible economic benefits due to the very high durability and the associated very low maintenance costs.

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Many mechanical joints in steel structures use conventional bolts. Nevertheless, this proven jointing technology has some significant disadvantages. These basically include the high levels of scatter during application of the assembly preload using the torque-controlled tightening process, the risk of loosening during cyclic loads due to transverse displacement of the components and the low fatigue resistance under axial loading. Lockbolt technology was invented as long ago as the 1930s and mainly used for the aviation and space industry because of its evident advantages. This jointing technology has been constantly further developed in response to the most diverse demands from sectors such as aviation, commercial vehicles, rail vehicles, agricultural machinery, defence technology and steel structures. The application of lockbolt technology, which is primarily used in mechanical engineering, was in most cases based on individual studies, since no consistent rules and guidelines were available for the design and execution of lockbolt connections in steel structures. Within the scope of several public research projects funded by the AiF (German Federation of Industrial Research Associations) and conducted by the iGF (Industrial Collective Research) organization as well as through approval investigations, the Fraunhofer Institute for Large Structures in Production Engineering (IGP) has successively developed the necessary design rules according to the EN 1993 standard (Eurocode 3) for use in structural connections. This paper presents connections with lockbolts in steel structures. Following an introduction to lockbolt technology and the assembly preload of lockbolts, the securing effect and corrosion protection of lockbolts are presented.