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Analyse des Ermüdungsverhaltens der SCSC-Platte

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[Quelle: http://repositum.tuwien.ac.at]

An der Technischen Universität Wien am Institut für Tragkonstruktionen im Forschungsbereich für Stahlbau wird eine neue, extrem schlanke Steel-Concrete-Steel-Composite-(SCSC)-Platte untersucht, mit der wesentliche Randbedingungen (niedrige Bauhöhe, Reduktion Lärmemission durch Schotteroberbau) bei Ersatzneubauten von Eisenbahnbrücken älterer Bauart befriedigt werden. Der mehrschichtige Aufbau der Platte besteht aus zwei außenliegenden Stahlblechen mit unbewehrtem Betonkern, daher der Name Sandwichplatte. Lochdübelleisten, wechselweise nur am oberen und nur am unteren Blech angeschweißt, dienen der Schubübertragung zwischen den äußeren Blechen durch die Aktivierung von diagonal liegenden, horizontalen Betondruckstreben zwischen benachbarten Dübelleisten. Zusätzlich zur Weiterleitung der Vertikallasten in Querrichtung zu den Hauptträgern wirkt die SCSC-Platte als Untergurt der Brückenhauptträger. Untersuchungen zur Tragfähigkeit ohne Ermüdung sowie die Erläuterung des Tragmechanismus der SCSC-Platte erfolgten in drei Abschnitten. Der nächste Schritt zur Anwendbarkeit der SCSC-Platte als Fahrbahndeck für Eisenbahnbrücken war die Untersuchung des Ermüdungsverhaltens dieses Bauteils. Die rechnerische Beurteilung des Tragverhaltens bei Ermüdungsbeanspruchungen wird in dieser Arbeit vorgestellt, wobei der Fokus auf das Ermüdungsverhalten der Lochdübelleiste als Konstruktionselement mit Schlüsselfunktion (Schubübertragung durch Betondruckstreben) für die Tragwirkung der SCSC-Platte gerichtet ist. Die Ermüdungsanalysen wurden anhand nichtlinearer, dreidimensionaler Finite-Elemente-Modelle als Grundlage für die Lebensdauerberechnung mithilfe der Kerbdehnungsmethode durchgeführt. Ziel war es, die Beziehung zwischen dem Niveau der Verkehrslast (Lastmodell 71) und der ertragbaren Anzahl der Schwingspiele bis Rissbildung in den Dübelleisten entsteht, zu bestimmen. Zu diesem Zweck wurden umfangreiche Parameterstudien durchgeführt, bei denen sowohl der Einfluss vieler Modellierungsparameter auf die Lebensdauer, als auch reale Einflüsse wie Stahlsorte, Betongüte und Schotterbetthöhe, die während der Planung und der Realisierung eines Brückenprojektes variiert werden können, untersucht wurden. Schließlich wurden die Wöhlerlinien in Analogie zu den im Eurocode 3 angegebenen Kerbfallklassen nach Linearisierung ihrer nichtlinearen Funktionsverläufe nach der Methode der kleinsten Fehlerquadrate durch die Wöhlerlinienneigung und der ertragbare Verkehrslastschwingbreite bei zwei Millionen Lastwechseln definiert.

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Bücher, Broschüren

Sergej Fedorov, Bernhard Heres, Werner Lorenz, Valerij P. Lukin
Eiserne Eremitage - Bauen mit Eisen im Russland der ersten Hälfte des 19. Jahrhunderts, 2 Bde.
Edition Bautechnikgeschichte
(Werk bestehend aus 2 Bänden)
2022, XXVIII, 714 S., 1036 Farbabb. 279 mm, Hardcover
Ernst & Sohn

 

 

Im Dezember 1837 zerstört ein verheerender Großbrand das Machtzentrum des russischen Reichs, den Winterpalast in St. Petersburg. Der von Zar Nikolaus I. forcierte umgehende Wiederaufbau bildet den Auftakt eines groß angelegten Um- und Neubauprogramms für nahezu sämtliche Bauten der kaiserlichen Residenz, die heute umgangssprachlich unter dem Namen Eremitage zusammengefasst werden. Vermeintlich "feuersichere" Eisenkonstruktionen modernster Bauart ersetzen in den Dächern und Decken die traditionellen Holztragwerke. Bis 1852 entsteht in beispiellosen Ausmaßen, erstaunlicher Vielfalt und unterschiedlichen konstruktiven Handschriften das größte Ensemble eiserner Tragwerke der ersten Hälfte des 19. Jahrhunderts - die Eiserne Eremitage. Errichtet in einer technologisch noch offenen Zeit, in der Europa gerade erst daran arbeitet, die Möglichkeiten des Bauens mit Eisen zu erkunden und erste Regeln und Praktiken dafür zu formulieren, bilden die hinter den Fassaden und abgehängten Decken der Eremitage verborgenen Eisenkonstruktionen heute ein einzigartiges Zeugnis aus der Frühzeit des europäischen Stahlbaus. Im Ergebnis eines langjährigen Forschungsprojekts eröffnet die zweibändige Monographie eine gänzlich neue Sichtweise auf diesen Gebäudekomplex von Weltrang: Nie zuvor ist eine historische Eisenkonstruktion in derartiger Tiefe und Weite erfasst, dokumentiert und interpretiert worden. Exemplarisch zeigt die Untersuchung dabei das Potenzial einer Bauforschung mit ingenieurwissenschaftlichem Schwerpunkt, die nicht nur die Auswertung umfangreicher Archivbestände, handnahe In-situ-Untersuchungen, Laboranalysen und statisch-konstruktive Analysen umfasst, sondern auch die kompetente Verortung und Bewertung im zeitgenössischen bautechnikgeschichtlichen Kontext. In einem eigenen Tafelband werden aus der Fülle des Materials Archivalien, detaillierte Konstruktionszeichnungen und Visualisierungen der eisernen Tragwerke präsentiert und kommentiert. Auf der Suche nach Erklärungen verfolgen die Autoren in ihrer detaillierten Aufbereit

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Gerd Wagenknecht
Stahlbau-Praxis nach Eurocode 3, 1, Tragwerksplanung, Grundlagen
BBB Bauwerk-Basis-Bibliothek
6., Aufl.
2021, 444 S., 170 x 240 mm, Softcover
Beuth

 

 

Die Eurocodes sind der bislang bedeutendste Beitrag zur Vereinheitlichung des Baugewerbes im gesamteuropäischen Raum. Sie setzen verbindliche Maßstäbe für ganz Europa und ermöglichen dadurch einfachere Ausschreibungen und Kooperationen. Anforderungen werden standardisiert und sorgen als gemeinsame Normen für mehr Sicherheit im Bauwesen. Doch es existieren auch nationale Besonderheiten, denen Rechnung getragen werden muss. Diese möglichen Abweichungen von den Eurocodes sind in den so genannten Nationalen Anhängen geregelt. Sie definieren die Ausnahmen, die länderspezifisch von den Vorgaben der Eurocodes gemacht werden dürfen. Damit beide Regelwerke korrekt angewendet werden können, gibt der Beuth Verlag eine konsolidierte Fassung heraus, in der beide Dokumente gegenübergestellt werden. Der Anwender sieht so die Nationalen Anhänge in die entsprechenden Passagen des Eurocodes eingebettet und hat alles auf einen Blick. In der vorliegenden 6. Auflage von "Stahlbau-Praxis nach Eurocode 3" sind die 5 Teile der Norm inklusive der zugehörigen 5 Nationalen Anhänge in den aktuellen Versionen enthalten. Drei nationale Anhänge und ein Eurocode-Teil wurden seit der letzten Auflage überarbeitet. Das Buch beinhaltet auch Berichtigungen und Änderungsdokumente.

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Rolf Kindmann
Stahlbau
Teil 2: Stabilität und Theorie II. Ordnung
5., Aufl.
2021, XIV, 580 S., 308 SW-Abb., 101 Tabellen. 24.4 cm, Softcover
Ernst & Sohn

 

 

Zentrale Themen des Buches sind die Stabilität von Stahlkonstruktionen, die Ermittlung von Beanspruchungen nach Theorie II. Ordnung und der Nachweis ausreichender Tragfähigkeit. Das tatsächliche Tragverhalten wird erläutert und die theoretischen Grundlagen werden hergeleitet, zweckmäßige Nachweisverfahren empfohlen und die erforderlichen Berechnungen mit Beispielen veranschaulicht.

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Stahlwasserbauten - Kommentar zu DIN 19704
E&S Zeitlos - Klassiker des Bauingenieurwesens
Klassiker des Bauingenieurwesens
2021, XII, 350 S., 18 Tabellen. 244 mm, Hardcover
Ernst & Sohn

 

 

Das Buch enthält, neben dem Normenkommentar, 32 ausgewählte stahlwasserbautypische Berechnungsbeispiele und ist reich bebildert. Eine wertvolle Ergänzung sind außerdem 12 Sonderbeiträge über die Forschung und Entwicklung im Stahlwasserbau von namhaften Autoren. Der Kommentar zu DIN 19704:1998 "Stahlwasserbauten" enthält Erläuterungen zu den einzelnen Textabschnitten der Norm und Hinweise und Anregungen für die Praxis über die Hintergründe und Zielvorstellungen des Regelwerks. Es enthält gegenüber der früheren Ausgabe (Sept. 1976) eine Reihe wichtiger substantieller Änderungen und neue Regelungen. Dies gilt insbesondere für die neue Form der rechnerischen Nachweise und für die neuen konstruktiven Hinweise. Die ausgewählten Berechnungsbeispiele führen u. a. in die Vorgehensweise beim Sicherheitskonzept, bei den Betriebsfestigkeitsnachweisen, bei Verschleißteilen und bei Kontaktproblemen (z. B. Laufrad und Laufschiene) ein. Ferner konnten Beiträge namhafter Autoren zu Fragen des Stahlwasserbaus in das Buch aufgenommen werden. Das Buch erscheint in der Reihe "E&S Zeitlos" als unveränderter Nachdruck der 1. Auflage von 2000.

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Gerd Wagenknecht
Stahlbau-Praxis nach Eurocode 3
BBB Bauwerk-Basis-Bibliothek
Band 2: Verbindungen und Konstruktionen Bauwerk-Basis-Bibliothek
5., Aufl.
2021, 456 S., 17 x 24 cm, Hardcover
Beuth

 

 

Die Eurocodes sind seit 2012 auch in Deutschland gültig und sorgen für eine Vereinheitlichung des Bauwesens und der Ausschreibungen im europäischen Raum. Der Eurocode 3 - die Norm EN 1993 - regelt die Bemessung und Konstruktion im Stahlbau mit zwanzig Teilnormen, in denen die Anforderungen und Verfahren festgelegt sind, die auf europäischem Boden gelten. Darüber hinaus wurden die so genannten Nationalen Anhänge erarbeitet, welche die länderspezifischen Besonderheiten beinhalten. Band 2 des Eurocodes 3 beinhaltet unter anderem die Themen Schraub- und Schweißverbindungen, Anschlüsse, Fachwerke, Brandschutz u. v. m. Eurocode 3 Band 2 enthält die Teile 1-6 bis 1-12 der DIN EN 1993, sowie die Nationalen Anhänge. Formeln, Tabellen und Beispiele sind gut übersichtlich aufbereitet. Das Buch ist optimal geeignet als Nachschlage- und Lehrwerk und leistet gute Dienste in der beruflichen Stahlbaupraxis.

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Forschungsberichte

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Richard Stroetmann, Lars Sieber, Hans-Werner Viehrig, Mario Houska, Birgit Vetter, Veneta Schubert
Beurteilung der Sprödbruchgefährdung gelochter Stahltragwerke - Weiterentwicklung der Analysemethoden
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 2972
2015, 133 S., zahlr. Abb. u. Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Bei der Beurteilung bestehender Stahlkonstruktionen interessiert neben der Tragsicherheit ebenso die Sprödbruchgefährdung. Die normativen Regelungen in DIN EN 1993-1-10 sind für gelochte Konstruktionen aus alten Baustählen nicht anwendbar. Zur sachgerechten Beurteilung der Sprödbruchneigung wird ein Verfahren zum Nachweis ausreichender Zähigkeit quasi-statisch beanspruchter gelochter Bauteile aus Flussstahl auf bruchmechanischer Basis entwickelt. Als eine Grundlage des Nachweisverfahrens wurde ein umfangreiches Versuchsprogramm an Bauteilen aus bestehenden Stahltragwerken der Baujahre 1904 bis 1930 durchgeführt. Es wurden Werkstoffproben aus unterschiedlichen Bauwerken, verschiedenen Querschnittstypen und allen typischen Stahlherstellungsverfahren untersucht. Neben der Ermittlung der Werkstoffkennwerte im Zugversuch wurde vor allem die Werkstoffzähigkeit der Stähle analysiert.

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K. Geißler, I. Prokop, A. Bubner, R. Egner, S. Heyde, M. Kempkes, B. Kühn, J. Laumann, P. Lieberwirth, J. Naumes, J. Ruga, S. Schilling, H. Schmidt, T. Ummenhofer
Verbesserung der Praxistauglichkeit der Baunormen durch pränormative Arbeit - Teilantrag 3: Stahlbau. Abschlussbericht
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 2964
2015, 130 S., zahlr. Abb. u. Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Der umfangreiche Eurocode 3 für den Stahlbau rief in der Ingenieur- und Baupraxis teilweise heftige Kritik hervor. Kritisiert wurde neben der großen Seitenzahl die unzureichende Übersichtlichkeit und Konsistenz und damit verbunden eine mangelhafte Anwenderfreundlichkeit. Ziel des Vorhabens war daher die pränormative Forschung für eine praxisgerechte Überarbeitung und Weiterentwicklung des Eurocode 3. Für das Forschungsvorhaben wurden von den 20 Teilen des Eurocodes 3 die sechs Teile ausgewählt und untersucht, die für die Ingenieure in Planung und Ausführung die größte Relevanz und den größten Verbesserungsbedarf haben. Dies sind der Teil 1-1 (Bemessungsregeln für den Hochbau - "Grundlagenteil"), Teil 1-8 (Anschlüsse), Teil 1-5 (Plattenförmige Bauteile), Teil 1-9 (Ermüdung), Teil 1-2 (Heißbemessung) und Teil 6 (Kranbahnen). Da die Ausführungsnorm DIN EN 1090 Teil 2 in engem Zusammenhang mit dem Eurocode 3 steht, wurde sie ebenfalls in Bezug auf die Praxistauglichkeit überprüft. Gemäß Forschungsantrag wurden zunächst ähnlich einer Anamnese die Schwachstellen und Überregulierungen des Eurocode 3 zusammengetragen. Danach wurde in einer Diagnose geprüft, inwieweit diese Defizite in der Praxis zu Problemen führen. Besonderes Augenmerk wurde daher auf die praktische Anwendbarkeit und auf Unstimmigkeiten in den Bemessungsvorschriften gelegt. Dies und Unklarheiten in der sprachlichen Formulierung der Norm wurden in separaten Synopsen aufgezeigt. Im nächsten Schritt wurden praxisgerechte Verbesserungen und Vereinfachungen der Norm im Sinne einer Therapie erarbeitet. Bedarfsweise wurden die Auswirkungen der Verbesserungsvorschläge an konkreten Bauteilen in Vergleichsberechnungen untersucht und mit den Bemessungsergebnissen der jetzt gültigen Fassung des Eurocode 3 verglichen. Die Therapie wurde je Eurocode in einem Abschnitt "Lösungsvorschläge" erläutert. Die Lösungsvorschläge münden in überarbeiteten und praxistauglichen Entwürfen von Normentexten für den Eurocode 3. Diese Normentwürfe liegen in einzelnen Teilberichten vo

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Ulrike Kuhlmann, Benjamin Braun
Bestimmung der Sicherheitselemente für die Anwendung von DIN EN 1993-1-5 "Plattenförmige Bauteile". Teil 1. Schlussbericht
Bauforschung, Band T 3234
2010, 29 S., 13 Abb., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Im Schlussbericht zu diesem Forschungsvorhaben werden der Inhalt und der Hintergrund des deutschen Nationalen Anhangs zu DIN EN 1993-1-5:2006 erläutert. Neben den nationalen Festlegungen umfasst der Nationale Anhang eine Reihe von so genannten konfliktfreien nationalen Ergänzungen, die die zukünftige Bemessungspraxis erleichtern und das bisherige Sicherheitsniveau auch in der Zukunft sicherstellen sollen. Der vorliegende Teil 1 des Schlussberichts stellt Inhalte und Vorschläge zu allen nationalen Festlegungen und konfliktfreien nationalen Ergänzungen vor. Die Festlegungen und Ergänzungen werden dabei so begründet, dass sie auch als Vorlage für eine europäische Harmonisierung dienen können. Die Vorschläge werden im Detail begründet, dabei wird in Teil II zu einigen einzelnen nationalen Festlegungen gesondert Stellung genommen.

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Gerhard Sedlacek
Ausarbeitung eines Entwurfs für den deutschen Nationalen Anhang zu EN 1993-1-1 und seiner wissenschaftlichen Begründung
Bauforschung, Band T 3239
2010, 19 S., 9 Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Wie alle Eurocodes enthält die EN 1993 - Eurocode 3 - Bemessung und Konstruktion von Stahlbauten - Teil 1-1: Allgemeine Bemessungsregeln und Regeln für den Hochbau - Öffnungen für nationale Festlegungen, die im Rahmen der Bearbeitung des deutschen Nationalen Anhangs zu EN 1993-1-1 getroffen wurden. Beide, EN 1993-1-1 und der deutsche nationale Anhang dazu, sind Kompromisse zwischen verschiedenen Auffassungen und Expertenmeinungen, die in den internationalen Arbeitsgruppen zu EN 1993-1-1 und in der DIN Arbeitsgruppe zum deutschen Nationalen Anhang gefunden wurden. Die Aufgaben für die Herstellung dieses Berichtes sind: 1. eine Sicherheitsüberprüfung der EN 1993-1-1 und des deutschen Nationalen Anhangs zur wissenschaftliche Begründung der gewählten Kompromisse und 2. eine Überprüfung, ob die im Rahmen der Kompromisse gefundenen Alternativen nicht eine unnötige Komplexität der Regelwerks erzeugt haben, die durch "einfachere" und sicherheitsmäßig mindestens gleichwertige Lösungen beseitigt werden könnte.

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H. Pasternak, A. Marosi
Tragverhalten von Hallen mit Flanschstreben
Bauforschung, Band T 3206
2009, 71 S., 69 Abb., 26 Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

In der Studie werden drei Modelle von Stahlrahmen mit unterschiedlicher Spannweite (18-56 m) entwickelt, um das Biegedrillknicken bei Flanschstreben mit Finiten Elementen zu simulieren. Die Modelle umfassen lmperfektionen sowie geometrische und physikalische Nichtlinearität. Der Weg der Modellierung machte Änderung der Rahmendetails möglich, so dass mehr Parameter untersucht werden konnten. Analysiert werden: - die Schwachstelle "nachgiebige" Drehlagerung, - die Möglichkeit der konstruktiven Umsetzung "unendlicher" Drehsteifigkeit an den Lagerpunkten, - Abgrenzung des "normgerechten" Zustandes, - Hinweise zur rechnerischen Abbildung nachgiebiger Drehlagerungen, - die Notwendigkeit eines weiteren Forschungsbedarfes. Zunächst wird das numerische Modell der Struktur vorgestellt. Dazu werden zwei unterschiedliche Modelle analysiert: ein vereinfachtes Federmodell und ein Model mit Pfetten. Es stellte sich heraus, dass manche Imperfektionen vernachlässigbar waren, während andere entscheidend sind. Um akkurate Ergebnisse zu erhalten, wurde die Elementgröße (FE-Modellierung) variiert. Die durchgeführten Berechnungen zeigen, dass Flanschstreben In der Lage sind, Hallenrahmen auch bei ungünstigen Imperfektionen gegen seitliches Ausweichen zu sichern. Die Tragreserven sind allerdings teilweise außerordentlich gering.

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Zeitschriftenartikel

Folgende Literaturnachweise stammen aus der Datenbank RSWB^®plus. Die Datenbank unterstützt schnell und zielsicher Fachleute aus Planungsfirmen, Industrie und Forschung, sowie Lehrkräfte und Studierende in der akademischen Ausbildung bei Nachweis und Beschaffung von Fachinformation zum Planen und Bauen.

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Misiek, Thomas; Norlin, Bert; Gitter, Reinhold; Höglund, Torsten
Review of European design provisions for buckling of aluminium members with longitudinal welds - part 2
Steel Construction, 2022

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Tang, Bicheng; Wang, Xuefeng; Zuo, Yuequan; Zhang, Quan
Extradosed cable-stayed Pelje?ac Bridge in Croatia. Fabrication of steel box girders and on-site installation
Steel Construction, 2022

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Siebers, Raban
Auf dem Weg zum klimaneutralen Stahlbau
Stahlbau, 2022

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Fujita, Masanori; Nakamura, Makoto; Awazu, Kengo; Iwata, Mamoru
Effects of the clearance between the core plate and restraining part on the structural performance of the buckling-restrained brace using steel mortar planks
Steel Construction, 2022

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Aydin, Abdulkadir Cüneyt; Ardalani, Aysan; Maali, Mahyar; Kiliç, Mahmut
Numeric modelling of innovative semi?rigid connections under cyclic loading
Steel Construction, 2021

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Highlights aus dem Programm 2022