Der Argentinienknoten ist ein zentraler Verkehrsknoten der Haupthafenroute im Hamburger Hafen, liegt in der Verlängerung der Köhlbrandbrücke und hat essenzielle Bedeutung für die Hafenlogistik. Der Knoten besteht heute aus einer Vielzahl voneinander abhängiger Einzelbauwerke und vereint Hafenverkehr auf Straße, Schiene und Wasserstraße. Dem Ersatzneubau von Teilen des Knotens widmet sich eine Machbarkeitsstudie, die vom Auftraggeber als rein modellbasierte Studie auf Basis der Building-Information-Modelling-(BIM-)Methode konzipiert wurde. Im vorliegenden Beitrag werden die wesentlichen Aspekte der Studie beschrieben. Den Schlüssel zur Betrachtung möglicher Neu- und Rückbauszenarien bildet ein Bestandsmodell als Datendrehscheibe. Auf dem Bestandsmodell setzt eine umfangreiche Variantenuntersuchung auf, die in jedem Bauzustand die komplexen Abhängigkeiten der Infrastrukturen berücksichtigen muss. Vor diesem Hintergrund wird die notwendige Modellierungstiefe im Vergleich zu einer hinreichenden Aussagekraft der Variantenmodelle diskutiert. Die Studie mündet in einer Untersuchung der Vorzugsvariante mit modellbasierter Termin- und Logistikplanung und Visualisierung der Bauphasen zur zielgruppengerechten Ansprache der Entscheidungsebenen. Das Potenzial der BIM-Methode zeigt sich nicht zuletzt im vollständig modellbasierten Planen - für die Studie und die damit verbundenen Abstimmungen zwischen Planer, Bauherr und Dritten wurde nicht ein herkömmlicher Plan angefertigt.

The traffic hub Argentinienknoten - complex infrastructure under control with BIM
The Argentinienknoten is one of the central traffic hubs of the main port route in the Port of Hamburg. Located in the extension of the Köhlbrand Bridge it is essential for port logistics. This traffic hub consists of a large number of interdependent individual structures, and combines port traffic by road, rail, and waterway. The replacement of parts of the traffic hub is subject of a feasibility study designed by the client as a purely model-based study based on the Building Information Modelling (BIM) methodology. This paper describes the main aspects of the study. Key to consideration of possible new construction, demolition, and reconstruction scenarios is an as-built model as a data hub. The as-built model forms the basis for a comprehensive analysis of variants, considering the complex infrastructures dependencies in each construction phase. Against this background, necessary modeling depth is discussed in comparison to a sufficient informative value of models of variant studies. The study culminates in an in-depth investigation of the preferred variant, with model-based scheduling and logistics planning among other things. Further, visualization of construction phases ensures appropriate addressing of decision-makers. The potential of BIM methodology resulting in exclusively model-based planning is demonstrated here - not a single conventional plan was produced for the study.

Das Bahnprojekt Stuttgart-Ulm (S21) ist das größte Ausbauvorhaben für den öffentlichen Schienenverkehr in Baden-Württemberg seit dem 19. Jh. Es umfasst neben dem Neubau von zahlreichen Tunneln und Trassen auch eine komplette Umgestaltung des Eisenbahnknotens Stuttgart: Die Gleise des alten Kopfbahnhofs werden durch einen um 90° gedrehten, unterirdischen Durchgangsbahnhof ersetzt. Die neue, 447 m lange, 80 m breite und bis zu 12 m hohe Bahnsteighalle ist als fugenlose Massivbaukonstruktion ausgelegt. Sie besteht aus einem Trog aus Normalbeton und einem Schalendach aus Weißbeton, welches von den Trogwänden und 28 Kelchstützen getragen wird. Die Bodenplatte ist auf Ramm- und Bohrpfähle gegründet. Lediglich im Bereich des bestehenden S-Bahn-Tunnels überspannt sie diesen als Brückenkonstruktion: dies ist die sog. S-Bahn-Querung. Der vorliegende Beitrag beschreibt die Besonderheiten dieses anspruchsvollen Tragwerks aus Sicht der beteiligten Ingenieure. Betrachtet werden hierbei neben der Konstruktion mit ihrer internen verbundlosen Vorspannung auch das über die normativen Anforderungen hinausgehende Bemessungskonzept sowie das konstante Monitoring des Bauwerks über seinen gesamten Nutzungszeitraum hinweg.

The S-Bahn crossing in Stuttgart's new S21 underground station - an underground transport structure with very special requirements
The competition for the new construction of Stuttgart's main railway station was decided in 1997 - but for various reasons it took more than ten years until realisation could actually begin in February 2010. Now that the preparatory foundation work has been completed, the daily progress of construction is particularly visible through the rising load-bearing structures. An important part of the work so far has been the construction of the S-Bahn crossing, which is particularly demanding in terms of structural planning. This article describes the special features of this supporting structure from the point of view of the engineers involved. In addition to the construction with its internal bondless prestressing, the design concept that goes beyond the normative requirements and the constant monitoring of the structure over its entire period of use are also considered.

Für ein typisches Überführungsbauwerk einer Bundesautobahn wurden im Rahmen einer Machbarkeitsstudie verschiedene alternative Bauweisen miteinander verglichen und hinsichtlich ihrer Ökobilanz bewertet. Neben den heutigen Standardbauweisen in Stahlverbund und Spannbeton wurden auch neue, innovative Lösungen mit Einsatz von Holz, hochfestem bzw. Carbonbeton betrachtet, um deren Potenzial in Bezug auf die Nachhaltigkeit zu analysieren. Die ökobilanzielle Bewertung wurde ergänzend zu technischen und ökonomischen Kriterien herangezogen, um eine ganzheitliche Betrachtung der Varianten zu ermöglichen. Der Vergleich erfolgte für eine konkrete Wirtschaftswegüberführung im Zuge des geplanten Neubaus der A 20 in Schleswig-Holstein. Für die verschiedenen Varianten wurde durch spezialisierte Fachplaner die technische Lösung entwickelt und dazu die konkreten Mengen ermittelt. Die Bearbeitung erfolgte unter der Maßgabe, die alternativen Varianten baulich zu realisieren, um Erfahrungen in der baupraktischen Umsetzung zu sammeln. Im folgenden Beitrag werden die Varianten in Bezug auf die technische Lösung vorgestellt. Anschließend wird die angewandte Methode der ökobilanziellen Bewertung vorgestellt und auf das Potenzial der neuen Varianten eingegangen.

Life cycle assessment analysis of alternative constructions for a typical overpass structure in the course of motorways
As part of a feasibility study various alternative construction methods for a typical overpass structure on a federal motorway were compared and evaluated regarding their environmental impacts. In addition to today's standard constructions in steel composite and prestressed concrete, new, innovative solutions using wood, high-strength or carbon concrete were considered to analyze their potential in terms of sustainability aspects. The life cycle assessment method was used in addition to technical and economic criteria to enable a holistic view. The comparison was made for a specific overpass in the course of the planned A 20 in Schleswig-Holstein, Germany. The technical solution for the various variants was planned by specialized engineers and specific quantities were determined. The idea is to realize these alternative variants in order to gain experience in the practical implementation. The following report presents the technical solutions of the variants. Then the applied methodology of the life cycle assessment to evaluate the environmental impacts is presented, and the potential of the new variants is discussed.

Verbundrahmen ermöglichen ein mittelstützenfreies Überspannen unserer Bundesfernstraßen und erlauben durch einen hohen Vorfertigungsgrad eine Herstellung mit geringen Eingriffen in den Verkehr. Dies erhöht die Verkehrssicherheit dauerhaft durch den Wegfall des Anprallrisikos und gute Sichtbeziehungen und reduziert bauzeitliche Gefahren. Aus diesen Gründen haben sich Verbundrahmen in den letzten 20 Jahren als Standardlösung für Überführungsbauwerke etabliert. Auch im Zuständigkeitsbereich der DEGES wurde eine Vielzahl solcher Bauwerke errichtet. Trotz äußerlich ähnlichem Erscheinungsbild werden diese Bauwerke in Bezug auf den gewählten Querschnitt, die Herstellung und spezifische konstruktive Details sehr unterschiedlich ausgebildet. Um einen Überblick über die verschiedenen Konstruktionsarten und deren Vorteile zu erhalten, wurden die in den letzten fünf Jahren bei der DEGES errichteten Verbundrahmen systematisch ausgewertet. Im folgenden Bericht werden die Ergebnisse dieser Auswertung zusammengefasst und Empfehlungen für künftige Projekte abgeleitet.

Passing on experience in building composite frames
Composite frames evolved as a standard solution for crossovers in German federal highway system. Reasons are a high degree of prefabrication, and thus little obstruction of traffic during construction. Composite frames span over the entire highway without supports in road median, and by that increasing road safety by omitting visual restrictions and risk of collision. In recent years a large number of composite frames were built by DEGES. Although appearing quite similar, those structures differ in many details, as cross section, construction process and reinforcement of the frame corner. In order to give an overview of the possible applications and advantages of various details, the composite frames erected by DEGES in the last five years were systematically analyzed. The following report summarizes the results of this evaluation and derives recommendations for future projects.

Mit der fortschreitenden Digitalisierung ergeben sich für die messtechnische, sensorgestützte Überwachung von Bauwerken zunehmend neue Einsatzbereiche. So schafft das Bauwerksmonitoring durch die Erfassung realer Bauwerksreaktionen und Einwirkungen neue Möglichkeiten zur Bewertung und zum Erhalt gealterter Infrastrukturbauwerke. Auch die Bauwerksprüfung kann durch Messtechnik sinnvoll unterstützt und ergänzt werden, wodurch eine prädiktive Instandhaltungsstrategie greifbar wird. In diesem Anwenderbericht werden ausgewählte Monitoringprojekte des Ingenieurbüros Grassl vorgestellt. Anhand verschiedener Anwendungsfälle werden die spezifischen Herausforderungen und Möglichkeiten des Monitorings bei Betrachtung unterschiedlicher Themenschwerpunkte beleuchtet. Die Projekte zeigen, wie durch Monitoring die Restlebensdauer von Stahlbrücken verlängert werden kann, die Ausschreibung eines Monitorings für ein innerstädtisches Tunnelbauwerk gelingt und ein Structural Health Monitoring eines komplexen Neubaus bereits in der Planungsphase berücksichtigt wird. Zudem werden mögliche Schnittstellen zur Bauwerksprüfung dargestellt.

A review of modern bridge monitoring solutions
With the advance of digitalization and sensor technology new areas of application are increasingly emerging in the field of structural monitoring. For example, structural monitoring creates new possibilities for evaluating and maintaining infrastructure by recording real structural reactions and actions. The inspection of structures can also be usefully supported and supplemented by measurement techniques, making a predictive maintenance strategy accessible. In this case study, selected monitoring projects of Grassl Consultant Engineers are presented. Based on different application cases, the specific challenges, and possibilities for the realization of a monitoring on infrastructural constructions are presented. The projects show how the remaining service life of steel bridges can be extended by monitoring, how the tendering of a monitoring system for an inner-city tunnel structure is successful and how the structural health monitoring of a complex new bridge can be considered during the design phase. In addition, useful interfaces to structural inspection are presented.

Überführungsbauwerke im Zuge eines Autobahnabschnitts stellen häufig ähnliche Anforderungen an die Bauwerksplanung. Dies gilt insbesondere bei Bauwerken zur Überführung kleinerer Verkehrswege, bei flachem Geländeverlauf und bei Brückenfamilien, die einem gemeinsamen Gestaltungskonzept unterworfen sind. Sie gleichen sich z. B. in Stützweiten, bei der baulichen Ausbildung und in der Gestaltung, unterscheiden sich aber in Querschnitten, Kreuzungswinkeln, Gradiente und Einbindung in die Umgebung. Es ergeben sich ähnliche, aber nicht gleiche Bauwerke und damit ideale Voraussetzungen für eine Sortenfertigung. Parametrisierte Modellerstellung ist eine Voraussetzung für effiziente Bearbeitung von BIM-Planungen im Ingenieurbau. Nur mit der Hilfe von Vereinfachungen in der Durcharbeit der Planung und ihrer Ableitung in prüfbare Darstellungen kann eine effektive und auch im Komplexen korrekte und damit konkurrenzfähige Planung erreicht werden. Am Beispiel der Überführungsbauwerke der sich in Planung befindenden Verlängerung der Autobahn A 20 wird versucht, mithilfe einer parametrisierten Modellerstellung eine Sortenfertigung der Bauwerksplanung zu erreichen. Ziel ist die weitere Fokussierung des Planers auf seine Facharbeit in der Erzeugung kreativer technischer Lösungen durch Entlastung bei wiederkehrenden Planungsaufgaben.

Parameterized bridge modeling with PythonParts in Allplan
Overpass structures along a highway section often place similar demands on structural design. This is especially true for structures crossing smaller traffic routes, where the terrain is flat, and for bridge families that are subject to a common design concept. They are similar, for example, in span, constructional details and design, but differ in cross-section, crossing angle, gradient and integration into the surroundings. The resulting structures are similar but not identical and thus they fulfill the ideal conditions for batch production. Parameterized model creation is a prerequisite for efficient processing of BIM planning in civil engineering. Only by simplifying the processing of planning and its derivation into auditable representations can an effective, and also for structural complexes a correct and thus competitive planning be achieved. Using the example of the overpass structures along the planned extension of the A 20 highway, an attempt is made to achieve batch production of the structural designs by implementing a parameterized model. Ultimately, the goal is to enable planners to focus further on specialist tasks and the development of creative technical solutions by relieving them of routine, menial work.

Der CO2-Ausstoß ist zum entscheidenden Maßstab geworden. Die neue Bundesregierung betont, dass Zukunftsinvestitionen sich daran messen lassen müssen, wie klima- und umweltfreundlich sie sind. Das betrifft alle Bereiche von Wirtschaft und Gesellschaft - gerade auch den Verkehrssektor. Bund und Länder sind sich hier einig, dass es neben einer reinen Antriebswende - hin zur Elektromobilität auf Schiene und Straße - vor allem auch einen Mobilitätswandel braucht, mit einem deutlich stärkeren Bahnsystem gerade dort, wo der ÖPNV bislang noch nicht ausreichend stark war. Für einen effizienten ÖPNV braucht es mancherorts auch neue U-Bahn-, Stadt- und Straßenbahnlinien, ergänzende Gleise, längere Bahnsteige etc. - und damit auch neue Schienenbauwerke, wie Brücken, Tunnel etc. Grundsatz muss hierbei sein, dass Verkehrsbauten zwar einerseits so effizient und emissionsfrei wie möglich hergestellt, aber andererseits auch nicht durch ausufernde Kosten verhindert werden. Eine nahezu emissionsfreie Bauweise ist dabei eher langfristig zu erwarten. Entscheidend ist, dass jedes Jahr relevante Mengen an CO2 eingespart werden.

Climate Protection in Transportation infrastructure Construction - infrastructure expansion in Germany
CO2 emissions have become the decisive criterion. The new federal government of Germany emphasises that future investments must be measured by how climate- and environmentally-friendly they are. This applies to all areas of the economy and society - especially the transport sector. The federal and state governments agree that, in addition to a pure change in propulsion - towards electromobility on rail and road - a change in mobility is also needed, with a significantly stronger rail system, especially in areas where public transport has not yet been strong enough. In some places, efficient public transport also requires new underground, light rail and tram lines, additional tracks, longer platforms, etc. - and thus also new rail structures such as bridges, tunnels, etc. The basic principle here must be that transport structures must be built in such a way that they can be used efficiently. The basic principle must be that transport structures are built as efficiently and emission-free as possible, but are not prevented from being built by escalating costs. An almost emission-free construction method can be expected in the long term. The decisive factor is that relevant amounts of CO2 are saved every year.

Nachrichten:
Großforschungszentrum LAB erhält starken Rückhalt von deutschen Bundes- und Landesbehörden sowie großen internationalen Zuspruch aus Wissenschaft und Wirtschaft
Tragwerksplanende unterstützen Initiative “Phase Nachhaltigkeit”

Veranstaltungen:
VDB-Fachtagung 2022 - ein voller Erfolg
Symposium Ingenieurbaukunst - Bauen mit und im Bestand im November in Köln

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Zum Titelbild:
Auf dem Titelbild zu sehen ist die Aufnahme und drahtlose Übertragung von Radardaten zur zerstörungsfreien Prüfung von Längsspanngliedern im Steg einer längs vorgespannten Hohlkastensbrücke. Die erfolgreiche Anwendung von zerstörungsfreien Prüfverfahren im Bauwesen (ZfPBau-Verfahren) beruht auf der Auswahl des am besten geeigneten Verfahrens unter Berücksichtigung der Randbedingungen des zu untersuchenden Bauteils und der Prüfaufgabe. Für Bereiche unterhalb der oberflächennahen Bewehrung hat sich Radar als Verfahren etabliert, Ultraschallecho hingegen für Bauteile, die im oberflächennahen Bereich dicht bewehrt sind, und für Tiefen, die jenseits der Detektionsgrenze von Radar liegen. Im Beitrag auf S. 460 werden Leistungsfähigkeit und Grenzen von Ultraschall für praxisrelevante Randbedingungen aufgezeigt. Es wird für tiefere Objekte primär auf Ultraschall eingegangen und dessen Einsatzbereich von Radar abgegrenzt. (Foto: Alexander Taffe, Hochschule für Technik und Wirtschaft Berlin)

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Klassische Betondeckungsmessgeräte geraten bei Betondeckungen von mehr als 6 bis 7 cm und bei Objekten hinter oberflächennaher Bewehrung an ihre Grenzen. In diesem Beitrag wird für tiefere Objekte primär auf Ultraschall eingegangen und zunächst dessen Einsatzbereich von Radar abgegrenzt. Während die “Betondeckung” mit max. 6 bis 7 cm nur für die Dauerhaftigkeit von Beton eine Rolle spielt, werden Radar und Ultraschallecho zur Ermittlung der “Einbautiefe” von Hüllrohren und Bewehrung in deutlich größeren Tiefen verwendet, deren Kenntnis primär für den Nachweis der Standsicherheit von Konstruktionen notwendig ist (ZfPStatik). Dabei entscheiden Prüfaufgabe und Randbedingungen, welches Verfahren zum Einsatz kommt. Durch systematische Untersuchungen an Betonbauteilen und der Variation von Verlegedichte der Bewehrung an der Oberfläche, Einbautiefe, Stababstand der zu detektierenden Bewehrung und deren Durchmesser werden Leistungsfähigkeit und Grenzen von Ultraschall in Echo-Anordnung (Sender und Empfänger eines Arrays auf einer Seite des Bauteils) hinsichtlich der Detektierbarkeit von Hüllrohren und Bewehrungsstäben aufgezeigt und die Genauigkeit der Messung der Einbautiefe ermittelt. Diese Erkenntnisse zu Ultraschall werden abschließend im Vergleich zur Leistungsfähigkeit von Radar und magnetisch induktiven Verfahren eingeordnet, die bereits in vorangegangenen Beiträgen behandelt wurden. Durch die zusammenfassende Betrachtung am Ende dieses Beitrags soll es dem Anwender erleichtert werden, das für seine Prüfaufgabe und Randbedingungen am besten geeignete Verfahren auszuwählen und realistische Erwartungen an die erzielbaren Ergebnisse zu stellen.

Detection of tendon ducts and rebars and the accuracy of the measured concrete cover using ultrasonic echo
Classical covermeters come to their limits when the concrete cover exceeds 6 to 7 cm or beneath a mesh. Concrete cover measurement with these devices is performed up to 6 to 7 cm and is only of interest for durability. Concrete cover in greater depth is performed with Radar and Ultrasonic Echo with the focus on stability of structures (NDT-SC, static calculations). The decision of the appropriate method depends on the boundary conditions, given by the spacing of the rebars near the surface, the depth, diameter and spacing of the objects to be detected. These parameters have been varied systematically in different concrete members to quantify the accuracy as well as strength and limitations especially for Ultrasonic Echo. The obtained results will be set in the context of Radar and magnetic methods with results of former publications. This will help the operator to make the best decision to find the appropriate method according to his testing task or boundary conditions.

Intelligente Systeme (IS) erreichen derzeit die Industrie 4.0 [1, 2] in einem vielfältigem Einsatzspektrum. Mit dem Erhalt von Big Data können IS-Anwendungen von neuen Techniken des maschinellen Lernens (ML) erweitert werden, um auf Basis der IS erzeugte Digitale Zwillinge direkt umzusetzen. Auf Ingenieurbauwerke können diese Techniken durch ein Bauwerksmonitoring übertragen werden. Durch Onlineüberwachung des Betriebsverhaltens kann ein intelligentes Erhaltungsmanagement über den gesamten Lebenszyklus mit einer proaktiven Schadenserkennung betrieben werden. Mittlerweile ist die Entwicklung wirtschaftlicher intelligenter smarter Verfahren für die Wissensextraktion in der künstlichen Intelligenz (KI) von ausschlaggebender Bedeutung. Der Beitrag stellt die Structural Health Information Patterns (SHIPs) vor, die aus einem Monitoring gewonnen und mit einer ML-Technik erzeugt werden. Es wird die Erstellung von SHIPs gezeigt. Zudem wird dargestellt, welches Bauwerksmonitoring für die Zustandsüberwachung erforderlich ist, sodass die ML-Techniken für ein intelligentes Erhaltungsmanagement angewandt werden können. Es werden neuartige Ansätze der intelligenten Analyse mit unüberwachtem und überwachtem ML in Hinblick auf SHIPs für die technische Strukturüberwachung des Ingenieurbauwerks betrachtet. Die neue SHIP-Methodik wird abschließend an einem Praxisbeispiel, der Heinrichsbrücke Bamberg, demonstriert.

Civil engineering structures as intelligent systems - maintenance management with Structural Health Information Patterns (SHIPs)
Intelligent systems (IS) reach the Industry 4.0 [1, 2] in the varied application spectrum at present. By receiving Big Data IS-applications can be expanded with new techniques of machine learning (ML) to implement directly digital twins created on the basis of the IS. To the civil engineering structures these techniques can be carried over by means of structural monitoring. Using the Online-Monitoring of the operational behaviour an intelligent maintenance management can be run over the whole life-cycle with the proactive damage recognition. Meanwhile, the development of economical intelligent smart methods for the knowledge extraction is of critical importance in the artificial intelligence (AI). The article presents the Structural Health Information Patterns (SHIPs) to be obtained from a monitoring and generated with a ML-technique. The construction of SHIPs is shown. Moreover, it is described what structural monitoring is needed for condition tracing so that the ML-techniques for an intelligent maintenance management can be applied. Innovative approaches of the intelligent analysis with unsupervised and supervised ML are considered regarding SHIPs for the technical structural monitoring of the civil engineering structure. The new SHIP-methodology is demonstrated on a practical example, Heinrich bridge Bamberg, finally.

Nach der Technischen Regel Instandhaltung (TR IH) des Deutschen Instituts für Bautechnik (DIBt) [1], die bereits in einigen Bundesländern bauaufsichtlich eingeführt ist, ist im Gegensatz zum Teil 1 der Instandsetzungsrichtlinie des DAfStb [2] auch die Verwendung von Hydrophobierungen bzw. OS1-Systemen zum Schutz gegen das Eindringen von Stoffen, zur Regulierung des Wasserhaushalts von Beton und zur Erhöhung des elektrolytischen Widerstands von Beton (bei carbonatisierungsinduzierter Bewehrungskorrosion) möglich. Im vorliegenden Beitrag wird ein Überblick über die am Markt erhältlichen Produktgruppen an Hydrophobierungen auf Silan- oder Siloxan-Basis gegeben. Da der Planer nach der TR IH Auftragsmengen und Eindringtiefen vorgeben muss, werden das Vorgehen zur Bestimmung von Mindestauftragsmengen und Mindesteindringtiefen skizziert und entsprechende Laborprüfungen zur Bestimmung der Mindestwerte vorgestellt. Weiterhin werden Hinweise zur Planung und Qualitätssicherung während der Bauausführung gegeben. Eine während der Nutzung möglicherweise nachlassende Wirkung einer Hydrophobierung muss gemäß TR IH durch Kontrollmessungen im Instandhaltungsplan berücksichtigt werden. In diesem Zusammenhang werden verschiedene Möglichkeiten erläutert, mit denen ein solcher Wirkungsnachweis möglich ist. Abschließend wird ein Praxisbeispiel vorgestellt.

Use of hydrophobic treatments according to the TR Instandhaltung of the DIBt - Procedure from the planner's perspective and practical example
According to the Technische Regel Instandhaltung (TR IH) (engl.:Technical Rule on Maintenance) of the Deutsches Institut für Bautechnik (DIBt) [1] in contrast to Part 1 of the Instandsetzungsrichtlinie (Rili SIB) of the DAfStB [2], the use of hydrophobic treatments or OS 1 systems is also possible to protect against the penetration of substances, to regulate the water balance of concrete and to increase the electrolytic resistance of concrete (in the case of carbonation-induced reinforcement corrosion). This article gives an overview of the product groups of silane- or siloxane-based water repellents available on the market. Since the planner must specify application quantities and penetration depths according to TR IH, the procedure for determining minimum application quantities and minimum penetration depths is outlined. Corresponding laboratory tests for determining the minimum values are presented. Furthermore, advice is given on planning and quality assurance during construction. Since, according to TR IH, the effect of a hydrophobic treatment that may diminish during use must be taken into account in the maintenance plan by means of control measurements. Various possibilities are then explained with which such a proof of effect is possible. Finally, a practical example is presented.

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In [1] wurde über die Entwicklung eines neuartigen Konstruktionsleichtbetons auf der Basis von Silica-Aerogelen, dem sogenannten Hochleistungsaerogelbeton (High Performance Aerogel Concrete, HPAC) berichtet. Neben hervorragenden Eigenschaften bezüglich des Brand- und Schallschutzes verfügt HPAC über eine sehr geringe Wärmeleitfähigkeit bei relativ hoher Druckfestigkeit und ist daher für die Herstellung monolithischer Außenbauteile ohne zusätzliche Wärmedämmung geeignet. Um die Einsatzmöglichkeiten des neuen Werkstoffs in der Baupraxis zu erweitern, wurde dieser seit seiner Vorstellung im Jahr 2016 am Institut für Massivbau der Universität Duisburg-Essen kontinuierlich weiterentwickelt. Dies betrifft zum einen die Optimierung des Werkstoffs hinsichtlich seines Schwindverhaltens und zum anderen die Beschreibung des Tragverhaltens unter Druck- und Zugbeanspruchung sowie die statistische Auswertung der Druckfestigkeit. Während der erste Aspekt insbesondere für die Herstellung bewehrter HPAC-Bauteile relevant ist, bilden die Untersuchungen zum Tragverhalten und die statistische Auswertung die Grundlage für wirklichkeitsnahe Berechnungen mithilfe der Finite-Elemente-Methode und die Ermittlung charakteristischer Festigkeiten. Nachfolgend wird über die Ergebnisse dieser Untersuchungen berichtet.

Optimization of High Performance Aerogel Concrete
The development of a new type of high-performance lightweight concrete based on silica aerogels, the so-called high-performance aerogel concrete (HPAC), was reported in [1]. In addition to excellent fire and acoustic protection properties, HPAC shows a very favorable relationship between compressive strength and thermal conductivity and is therefore suitable to produce monolithic exterior walls without additional thermal insulation. In order to expand the possible applications of the new material in construction practice, it has been continuously developed at the Institute for Structural Concrete at the University of Duisburg-Essen since its presentation in 2016. This affects, on the one hand, the optimization of the material with regard to its shrinkage behavior and, on the other hand, the investigation of the load bearing behaviour and the statistical evaluation of the compressive strength. While the first aspect is particularly relevant for the production of reinforced HPAC components, the statistical investigations provide the basis for Finite Element Simulations and the determination of the characteristic strengths. The results of these investigations are reported subsequently.

Polymerbeton gleicht in seiner Zusammensetzung herkömmlichem Zementbeton. Jedoch wird der üblicherweise als Bindemittel verwendete Zementleim durch ein polymeres Reaktionsharz substituiert. Verglichen mit Zementbeton zeichnet sich Polymerbeton durch seine hohen Festigkeiten, eine gute chemische Beständigkeit sowie durch seine kurze Erhärtungszeit aus. Aufgrund seiner hervorragenden Adhäsionseigenschaften lässt sich Polymerbeton mit unterschiedlichsten Materialien verbinden, weshalb er vorrangig Anwendung in der Reparatur von Holz- und Betonbauteilen findet. In einem aktuellen Forschungsprojekt wird zudem der Einsatz von Polymerbeton in lösbaren Verzahnungsverbindungen erforscht. Seine hohen Festigkeiten machen Polymerbeton zu einem optimalen Baustoff für Lasteinleitungsbereiche, in denen hohe Druckkräfte teilflächig in ein Betonbauteil eingeleitet werden. Insbesondere die hohe Zugfestigkeit, welche die des herkömmlichen Zementbetons um das Fünffache überschreiten kann, könnte den Einsatz von zusätzlicher Bewehrung obsolet machen. Weil für das Tragverhalten von Polymerbeton unter Teilflächenbelastung bislang kaum Forschungsergebnisse vorliegen, werden in diesem Beitrag neue Druckversuche an Polymerbetonprismen vorgestellt, bei denen die Last über unterschiedlich große Stahlstempel teilflächig in den Querschnitt eingeleitet wurde. Darauf aufbauend wird ein Berechnungsansatz vorgeschlagen, der eine zuverlässige Berechnung der maximal aufnehmbaren Teilflächenspannung von Polymerbeton ermöglicht.

Partial area loading of epoxy resin based polymer fine concrete
Polymer concrete is similar to conventional cement concrete. However, the cement paste usually used as a binder is substituted by a polymer resin. Compared to cement concrete, polymer concrete is characterised by its high compressive and tensile strengths, good chemical resistance and short curing time. Due to its excellent adhesive properties, polymer concrete can be bonded to a wide variety of materials, which is why it is primarily used in the repair of timber and concrete components. In a current research project the use of polymer concrete in toothed connections is also being investigated. Its high strengths make polymer concrete a well-suited building material for load application areas in which high compressive forces are introduced into a concrete member over a small area. In particular, the high tensile strength, which can exceed that of conventional cement concrete by a factor of five, could make the use of additional reinforcement obsolete. Since there are hardly any research results on the compressive behaviour of polymer concrete under partial area loading, this article presents new compression tests on polymer concrete prisms in which the load was introduced into the cross-section over a partial area via steel punches of different sizes. Based on the results of the tests, a calculation approach is then proposed that enables the determination of the maximum bearable stresses of polymer concrete under partial area loading.

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Durch die Vorgaben des Erneuerbare-Energien-Gesetzes wird Strom aus Erneuerbaren Energien vorrangig in das elektrische Netz eingespeist. Zur Vermeidung von Überlastungen im Stromnetz muss diese Einspeisung temporär reduziert werden. Die elektrische Energie, die in diesen Zeiträumen technisch erzeugt werden kann, aber nicht wird, wird als Ausfallarbeit bezeichnet. Diese fällt zum größten Teil in der Heizperiode an und kann zur Beheizung von Gebäuden genutzt werden. Ein Ansatz für die effiziente Einbindung von Erneuerbaren Energien eröffnet die Nutzung der Gebäudetragstruktur zur Wärmespeicherung. Im Rahmen dieses Beitrags wird eine Lösung vorgestellt, mit der elektrische Energie in Wärme umgewandelt, in Betonbauteilen gespeichert und zur Beheizung von Gebäuden genutzt wird. Die Einspeicherung von Wärme erfolgt über eine neuartige, funktionalisierte Faserkunststoffbewehrung mit einem Heizdraht in Querschnittsmitte. Um das Ziel der Reduktion von Ausfallarbeit zu erreichen, wird ein Modell benötigt, welches abhängig von der Beladedauer und der -spannung die Temperatur im Bauteil vorhersagt. Das mithilfe von Messungen entwickelte Modell erlaubt dies für Beladedauern bis zu 12 h. Zudem werden die im Bauteil gespeicherte Wärme sowie die resultierende Heizleistung prognostiziert. Im untersuchten Beispiel werden Leistungen von bis zu 174 W/m2 und Temperaturänderungsraten von rd. 1 K/h erreicht.

Functionalised fibre reinforced plastic for heat storage in concrete components
Due to the requirements of the Renewable Energies Act, electricity from renewable energies is primarily fed into the electrical grid. To avoid overloads in the power grid, this feed-in must be temporarily reduced. The electrical energy that could technically be generated in these periods of time is referred to as failure work. Most of this occurs during the heating season and thus can be used to heat buildings. One approach for the efficient integration of renewable energies opens the use of the building support structure for heat storage. In the context of this item, a solution is presented with which electrical energy is converted into heat, stored in concrete components, and used to heat buildings without additional auxiliary energy. The storage of heat takes place via a novel functionalized fibre reinforced plastic reinforcement with a metallic heating wire integrated in the middle of the cross-section. To achieve the goal of reducing failure work, its temporal course must be considered together with the functionalized fibre reinforced plastic in the control of the building's heating system. This requires a model to forecast temperature and stored energy over time. In addition, the developed model predicts the hating power. In the experiments conducted up to 174 W/m2 and rates of about 1 K/h were achieved.

Am Institut für Tragwerksentwurf, ITE, wurde in grundlegenden Forschungsarbeiten die Non-Waste-Wachsschalungstechnologie entwickelt, die in der Produktion von frei geformten Betonbauteilen Schalungsabfälle minimiert. Damit soll der Bedarf der Beton-Fertigteilindustrie nach Technologien zur Reduktion der Produktionsabfälle und zum Aufbau emissionsarmer Produktionslinien erfüllt werden. Das aktuelle Eurostars-geförderte Forschungsprojekt “Robocrete” des ITE untersucht gemeinsam mit ODICO Construction Robotics, Odense, Dänemark, und BNB, Beton und Naturstein Babelsberg, Verfahren zur Herstellung von großformatigen Wachsblöcken für die industrielle Integration in Produktionslinien für Kleinserien. Ziel ist, die Forschungsergebnisse in einer digitalisierten robotischen Fertigungseinheit für Wachsschalungen für die Betonage zusammenzufassen. In vorangegangenen Forschungsprojekten war es bisher nicht möglich, riss- und spannungsfreie Wachsblockrohlinge mit einem Volumen von mehr als 1 m3 effizient herzustellen. Um dieses zu erreichen, werden derzeit optimierte Methoden zur Herstellung von Wachsblockrohlingen erforscht, die zudem in einem digitalen Fertigungsprozess formgebend bearbeitet werden. In einer Fallstudie unter Realbedingungen der Beton-Fertigteilindustrie mit der Firma Rinn wurde die Wachsschalungstechnologie für den Betonguss eines geometrisch komplexen Pollers von über 1,2 t Gewicht erfolgreich getestet.

Non-Waste-Wax Formwork for customized precast concrete construction - Practical example of the digital manufacturing process for small series of large-format bollards
At the Institute for Structural Design, ITE, fundamental research work has been carried out to develop the non-waste wax formwork technology, which minimizes formwork waste in the production of freely formed concrete components. This is intended to meet the needs of the precast concrete component industry for technologies to reduce production waste and build low-emission production lines. The current Eurostars-funded research project “Robocrete” at ITE together with ODICO Construction Roboctics, Odense, Denmark, and BNB, Beton und Naturstein Babelsberg, is investigating, among other things, processes for the production of large-format wax block blanks for industrial integration into production lines for small series. The aim is to combine the research results in a digitalized robotic production unit for wax formwork for concrete casting. In previous research, it was not possible to efficiently produce crack- and stress-free wax blocks with a volume of more than 1 m3. For this purpose, optimized methods for the production of wax block are being researched and developed further into a fully digital manufacturing process. In a case study under real conditions of the precast concrete industry with the company Rinn, the wax formwork technology for casting of a geometrically complex concrete bollard 1.2 t of weight was successfully tested.

Der Beitrag widmet sich der Anwendung der Technologie der verteilten Dehnungsmessung auf Spannbetonbauteilen. Die verteilte faseroptische Technologie, die auf Lichtrückstreuung basiert, ermöglicht Dehnungsmessungen mit hoher räumlicher Auflösung über die gesamte Länge der optischen Faser. Ein solcher Ansatz ersetzt tausende herkömmliche punktuelle Dehnmessstreifen, die in Reihe angeordnet werden, durch eine einzige optische Faser. Im Beitrag werden faseroptische Sensoren aus Verbundwerkstoffen und deren Einsatz für Dehnungsmessungen und Untersuchungen der Rissentwicklung dargestellt. Drei praktische Beispiele von vorgespannten Betonbauteilen werden beschrieben - Lkw-Waagenplatten, Spannbetonträger mit einer Länge von 24 Metern und eine Brücke mit dem höchsten Pylon in Polen. Die Bauteile wurden in verschiedenen Bauphasen analysiert, während der Herstellung und Erhärtung, der Aktivierung der Spannglieder, des Einbaus und der Probebelastung. Auch als nachträglich installiertes Messsystem kommen die Sensoren zum Einsatz. Ziel dieses Beitrags ist es, die Möglichkeiten von Messungen mit faseroptischen Sensoren aus Verbundwerkstoffen zu schildern.

Distributed strain measurements of prestressed concrete elements with fibre optic sensors
The article presents the application of the technology of distributed strain measurements to prestressed concrete members. Distributed fibre optic sensing technology is based on light backscattering and enables strain measurements with high spatial resolution over the entire length of the optical fibre. Such an approach allows the replacement of thousands of conventional spot strain gauges, arranged in series, with a single optical fibre. The article presents composite fibre optic sensors and their application for strain measurements and crack development investigations. Three practical examples of prestressed concrete elements were described, namely truck scale platforms, prestressed concrete girders with a length of 24 meters, and one of the largest bridges in Poland. The structural members were analysed at different stages of construction, during fabrication and hardening, tendon activation, installation, proof loading, and also as a post-installed measurement system. The aim of this article was to demonstrate the possibilities of measurements with composite distributed fibre optic sensors.

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Das sind die Gewinner des Wettbewerbs “Auf IT gebaut - Bauberufe mit Zukunft” 2022!
BASt-Jahresbericht 2021

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Zum Titelbild:
Versuchsapparaturen M16/M24 für 15°, 45°, 67, 5° und 90° (obere Reihe) sowie mögliche Bruchbilder für DIN-EN-ISO-4014/4017-Schrauben und Scherhülsen (untere Reihe). (Quelle: Universität Duisburg-Essen, Institut für Metall- und Leichtbau) (s. Beitrag: Stranghöner, N.; Abraham, C.)