Masterarbeitend
2022
2021
Wasserstoffinduzierte Spannungsrisskoorsion an Spannbetonbrücken mit und ohne rechnerisch ausreichendem Ankündigungsverhalten an nicht einsehbaren Stellen nach Handlungsanweisung am Beispiel der UEF L 3303 bei Büttelborn, Marina Schmidt
Die rechnerische Untersuchung spannungsrisskorrosionsgefährdeter Bauwerke, mit Hilfe allgemeingültiger Verfahren, basierend auf der Monte-Carlo-Methode, eröffnet die Möglichkeit auch Bauwerke außerhalb der Anwendungsgrenzen der Handlungsanweisung Spannungsrisskorrosion, zu bewerten. Baulastträger bekommen Möglichkeiten aufgezeigt, die zur besseren Einschätzung der Gefährdung der Bestandsbauwerke dienen.
Die Bewertung spannungsrisskorrosionsgefährdeter Bauwerke besteht aus mehreren Bausteinen. Es müssen rechnerische Abschätzungen, Untersuchungen am Bauwerk und Kontrollen des Ankündigungsverhalten erfolgen. Anhand eines Beispielbauwerks werden rechnerische Abschätzungsmöglichkeiten erprobt und bewertet. Ziel ist es, Möglichkeiten zur Bewertung von Bauwerken aufzuzeigen, die nach Handlungsanweisung kein ausreichendes Ankündigungsverhalten haben. Kein ausreichendes Ankündigungsverhalten haben Bauwerke, mit unzugänglichen Stellen oder solche, für die rechnerisch kein Ankündigungsverhalten nachgewiesen werden konnte.
Visuell nicht einsehbare Stellen können mittels zerstörungsfreier Prüfmethoden, wie dem Einsatz von faseroptischen Sensoren mit Hilfe der Rayleigh-Rückstreuung oder einer Schallemissionsanalyse, auf ihr Rissverhalten überwacht werden. Auch Spanngliedbrüche können mit Hilfe einer zerstörungsfreien Prüfmethode wie der magnetischen Streufeldmessung geortet werden. Zusätzlich bietet die dynamische Laserdistanzmessung die Möglichkeit, Verformungen infolge Rissbildung in Längsrichtung der Bauwerke zu erfassen. Mittels dem Impact- Echo-Verfahren lassen sich Hohlstellen und Verpressfehler bestimmen. Alarmsignale lassen sich auf mobile Endgeräte an die zuständigen Personen weiterleiten. So kann bei möglichen Rissbildungen und anderen zuvor definierten Alarmsignalen zeitnah reagiert werden. Mit den Methoden zur Bestimmung des Schädigungszustandes in Kombination von rechnerischen Abschätzungen des geschädigten Zustandes und einer anschließenden Langzeitüberwachung könnten besonders kritische Bauwerke bewertet werden.
Die Arbeit wurde in Kooperation mit Hessen Mobil Straßen- und Verkehrsmanagement, Fachbereich Bauwerksentwurf, Marburg, absolviert.
Entwicklung eines vor- wie auch nachgeschalteten Software-Tools zur Erleichterung der Bemessung von kaltgebogenen Verglasungen mit RFEM, Marc Reulbach
In der modernen Architektur spielen mit zunehmend komplexen Freiformgeometrien und parametrischen 3D-Modellierungen auch gebogene Verglasungen eine immer größere Rolle. Grundlegend lassen sich Verglasungen heiß- und kaltgebogen herstellen, wobei das Kaltbiegen die kostengünstigere Alternative darstellt. Beim Kaltbiegen von Glasscheiben werden diese bei der Montage unter Zwang auf eine Unterkonstruktion gebogen und befestigt. Durch die auftretenden Rückstellkräfte entsteht in der Scheibe eine dauerhafte Biegebeanspruchung senkrecht zur Ebene.
Bei der Bemessung kaltgebogener Verglasungen sind einige Besonderheiten zu beachten, welche teilweise nicht normativ geregelt sind. Kommt beispielsweise Mehrscheiben-Isolierglas zum Einsatz, wird auch der Randverbund dauerhaft durch Schub- und Zugspannungen beansprucht. Eine weitere Besonderheit ist, dass für Verbundsicherheitsglas (VSG) die Spannungen im Glas maßgeblich von den zeitund temperaturabhängigen Materialeigenschaften der Verbundfolie abhängig sind. Die verschiedenen zu untersuchenden Parameter und Besonderheiten machen die Bemessung von kaltgebogenen Verglasungen sehr komplex. Das Weiteren ist es in frei geformten Verglasungen nicht trivial, die maßgebende Glasscheibe zu bestimmen, was den Arbeitsaufwand deutlich erhöht.
Aufgrund der beschriebenen Komplexität der Bemessung sollte im Rahmen dieser Masterthesis zur Erleichterung ein VBA-Software- Tool entwickelt werden. Dieses Tool soll einer Berechnung im FEM-Programm RFEM vorund nachgeschaltet werden. Zunächst wird anhand von Materialeigenschaften, Glasaufbau und Lagerungsbedingungen das FE-Modell automatisiert generiert. Im nachgeschalteten Teil werden dann die verschiedenen Ergebnisse für die Bemessung ausgegeben und ausgewertet. Ein weiterer Teil der Aufgabenstellung ist eine Parameterstudie, in welcher die Ergebnisse der Software mit Näherungslösungen aus der Literatur verglichen werden.
Die beschriebene Aufgabenstellung erfolgt in Kooperation mit der Josef Gartner GmbH in Würzburg.
Aussteifung des Druckbereiches hochbelasteter biegesteifer Rahmenecken, Charles Junior Kuimeta Talompa
Diese Masterarbeit erfolgt in Zusammenarbeit mit dem Ingenieurbüro DIRK FLÖTER GmbH in Fulda. Zweck dieser Arbeit ist die Untersuchung der hoch ausgelasteten biegesteifen Rahmenecken mit Stabilitätsgefährdung in Stahlbauweise und die Zusammenstellung der Ergebnisse.
Im Rahmen dieser Masterarbeit werden zum einen die in der Praxis üblichen und häufig zur Anwendung kommenden biegesteifen Rahmenecken vorgestellt. Die Beanspruchung der Rahmenecke kann zu verschiedenen Versagensmöglichkeiten führen. In dieser Arbeit werden auch diese Versagensmöglichkeiten, insbesondere des Druckbereichs, betrachtet. Dabei sind die üblichen Methoden, mit denen der Stabilitätsgefährdung des Druckbereichs begegnet werden kann, zu erklären. Zusätzlich werden die üblichen Bemessungsmethoden und die richtigen konstruktiven Auslegungen der gefundenen Stabilisierung erläutert.
Der zweite Teil dieser Masterarbeit ist die Durchführung einer kleinen Parameterstudie an einigen häufig verwendeten Rahmenecken. In dieser Studie wird untersucht, welche der gefundenen Stabilisierungsmethoden statisch sinnvoll eingesetzt werden können. D.h. welche der bekannten Stabilisierungsmaßnahmen in den druckbeanspruchten Bereichen bei welcher Eckenausbildung und welchem Anwendungsbereich sinnvoll und wirtschaftlich eingesetzt werden kann und welche eher nicht.
Abschließend werden diese geeigneten Aussteifungsmethoden im Hinblick auf die Kosten in der Materialherstellung, der Fertigung und der Montage bewertet. Dabei soll eine kleine Handlungsempfehlung stehen, bei welcher Rahmenecke, in welchem Parameterfeld und welcher Bemessungssituation, diese oder jene Aussteifung des Druckbereiches zu wählen und wie diese dann richtig zu bemessen ist.
Geeignete Werkstoffwahl zur Vermeidung von Sprödbrüchen bei Brückenauflagern, Natalie Hoyer
Brückenbauwerke prägen Landschaften und Städte und sorgen aufgrund ihrer Kühnheit vielerorts für Bewunderung. Ingenieurtechnische Großtaten werden dabei ebenso bestaunt wie Rekorde in Höhe und Weite.
Bereits vor dem Altertum und den ersten Hochkulturen wurden Baumstämme über Flüsse gelegt, später dienten Steine als Baumaterial. Erhaltene Straßenbrücken und Viadukte aus Zeiten des Römischen Reiches zeugen auch heute noch in Form von Bogenbrücken von damaligen ingenieurtechnischen Leistungen. Doch erst der Bau gusseiserner Brücken lässt erkennen, dass durch Temperaturänderungen hervorgerufene Längenänderungen den Einbau eines Elementes erfordern, welches die Bewegung zwischen Überbau und Unterbauten zulässt und gemeinhin als „Brückenlager“ bezeichnet wird.
Wie für stählerne Brücken selbst sind auch die Sicherheitsanforderungen an ihre Lagerkonstruktionen im Stahlbau durch einen Doppelnachweis zu erfüllen. So ist neben der Bemessung im Grenzzustand der Tragfähigkeit auch eine geeignete Auswahl der Stahlsorte zur Vermeidung von Sprödbruch zu treffen. Im Rahmen meiner Arbeit konnte jedoch dargelegt werden, dass letztere normative Anforderungen bezüglich einer sprödbruchsicheren Auslegung von Lagerkomponenten bislang als nicht allumfassend einheitlich geregelt angesehen werden können. Vor diesem Hintergrund werden daher bruchmechanische Grundlagen einer Beurteilung rissbehafteter Bauteile wiedergegeben, um die bestehenden Regelungen auf Brückenlager übertragen und um diese erweitern zu können. Hierzu erfolgt sowohl eine Identifizierung von Standardlagerbauteilen als auch eine Bestimmung möglicher Einflussgrößen der Sprödbruchbemessung von Kalottenlagern. Um die Wirkung der herausgearbeiteten Einflussgrößen abschätzen zu können, werden FEM-Simulationen durchgeführt und die Ergebnisse anhand der bruchmechanischen Kenngröße des Spannungsintensitätsfaktors verglichen. Langfristig gesehen bildet dies die Grundlage eines Vorschlages zur Regelwerkserweiterung im Hinblick auf eine geeignete Werkstoffwahl zur Vermeidung von Sprödbruch bei Brückenauflagern.
2020
Untersuchungen zum Tragverhalten von Brettsperrholzdecken im Verbund mit Stahlträgern, Noah Nikolai Böhm
Die steigenden Anforderungen an die Nachhaltigkeit des Bauwesens erfordert eine ressourcenschonende Planung mit Baustoffen, die emissionsarm produziert und transportiert werden können. Eine der leistungsfähigsten Deckenkonstruktionen stellen Verbundsysteme aus Stahlträgern und Stahlbetonplatten dar. Im Rahmen dieser Arbeit wird analytisch und nummerisch geprüft, ob ein Ersatz des Stahlbetons durch umweltfreundlicheres Brettsperrholz eine baupraktisch relevante Alternative darstellen kann. Die Bemessung eines im Verbund mit Brettsperrholzdecken wirkenden Stahlträgers basiert auf der Verteilung der Beanspruchungen anhand der E-Module auf beide Werkstoffe, weicht in einigen Aspekten aber von dem konventionellen Verbundbau ab. Charakteristisch für Brettsperrholz ist die strukturelle und kostruktive Anisotropie, sodass nur in Faserrichtung belastete Lagen beansprucht werden. Rechtwinklig zwischen den Stahlträgern wirken lediglich die Querlagen, wohingegen in der Haupttragrichtung aus den Längslagen des Brettsperrholzes und dem Stahlträger eine elastische Verbundtragfähigkeit gebildet wird. Der Verbund zwischen beiden Werkstoffen ermöglicht, im Vergleich zu einer losen Auflagerung, einen deutlichen Anstieg der Tragfähigkeit. Die Verbundwirkung kann dabei mit durch den Trägerflansch und das Brettsperrholz geführten, stiftförmigen Verbindungen erzielt werden. Die dabei in der Verbundfuge auftretende Nachgiebigkeit kann durch das γ-Verfahren abgebildet werden. Daher können in beiden Teilquerschnitten sowohl Zug- als auch Druckspannungen auftreten.
Zwar sind Brettsperrholz-Stahl-Verbundsysteme aufgrund der Nachgiebigkeit der Verbundfuge und geringerer Materialfestigkeiten weniger tragfähig als Beton-Verbundträger, doch können sie aufgrund der Gewichtseinsparung, der einfachen Ausführung infolge des hohen Vorfertigungsgrades und der Umweltfreundlichkeit etwa bei Aufstockungen und Dachkonstruktionen eine ebenbürtige Alternative für konventionelle Deckensysteme bedeuten.
Variantenuntersuchung an einem 1-feldrigen Überführungsbauwerk über eine 4-spurige Autobahn: integraler Stahlverbund- oder Spannbetonüberbau? Anwendungsgrenzen und Wirtschaftlichkeit, Daniel Conrad in Kooperation mit Bickardt Bau GmbH
Im Zuge des Neubaus der Bundesautobahn A49 sind Brückenneubauten zur Querung dieser erforderlich. Bei einer dieser Brücken handelt es sich um das Bauwerk 116, welches im Abschnitt Kassel- Dreieck Ohmtal (A5/A49) liegt und den Wirtschaftsweg 05 überführen soll. Dieses Brückenbauwerk dient als Referenz und wird von der Bickhardt Bau Aktiengesellschaft bereitgestellt. Bei dem Referenzbauwerk handelt es sich um einen integralen Einfeld-Rahmen, in einer Ausführung als Grünbrücke, mit einer Stützweite von 35,0 m. Im Rahmen der Arbeit wird der Fokus auf einen Vergleich zwischen zwei Überbau-Varianten und deren Anwendungsgrenzen gelegt. Zum einen als Stahl-Beton-Verbundbauweise und zum anderen als Spannbetontragwerk. Für beide Varianten werden Fertigteile mit Ortbetonergänzung gewählt, um einen fairen Vergleich hinsichtlich des Bauablaufs darstellen zu können. Den Entwürfen beider Variantenliegen die für Deutschland geltenden Regelwerke RE-ING und ZTV-ING der Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt) zugrunde. Die statische Berechnung der Spannbetonbrücke erfolgt mit der Software InfoCAD. Für die Berechnung der Verbundbrücke wird die Software lediglich für den Unterbau und die Ermittlung der Schnittgrößen des Überbaus verwendet. Tragfähigkeitsnachweise erfolgen demnach händisch und gestützt durch das Tabellenkalkulationsprogramm Microsoft Excel. Aus den Berechnungen resultiert, dass unter Beachtung der gegebenen Rahmenbedingungen wie Stützweite und Konstruktionshöhe des Überbaus eine Variante als Spannbetonbetontragwerk mit Fertigteilen auszuschließen ist. Dem gegenübergestellt ist eine Stahl-Beton-Verbundkonstruktion aus Fertigteilen durchführbar.
Einsatz von ultrahochfestem Beton bei der Instandsetzung von Brücken mit kleinen bis mittelgroßen Spannweiten, Christopher Fischer in Kooperation mit Hessen Mobil
Welche Chancen? Welche Aufgaben? Welche Möglichkeiten bietet utlrahochfester Beton (abgekürzt oft auch UHPC genannt) – in der Instandsetzung im Brückenbau und wie fängt man eigentlich an sich mit diesem Baustoff auseinanderzusetzen? Kurz zusammengefasst setzt diese Arbeit am Wissensstand dieser Fragen an und verfolgt das Ziel praktische Erfahrungen in der Instandsetzung im Brückenbau mit diesem Baustoff festzuhalten. Auf Basis einer Literaturstudie, welche auf nationalen wie internationalen Quellen basiert, entsteht das Herzstück der Arbeit: Ziel ist es ein Anwendungskonzept vorzubereiten, welches den planenden Ingenieuren im Ingenieurbau eine Übersicht über mögliche Anwendungsbereiche und -regeln bieten soll, um Instandsetzungen mit UHPC vorzubereiten. Das Konzept soll es dem Ingenieur bzw. Fachplaner ermöglichen in diese Materie einzusteigen und Ideenansätze zu entwickeln. Eine erste Probe des Anwendungskonzepts erfährt dieses in der Arbeitselbst durch zwei kleine projektbasierte Untersuchungen, welche mit dem Kooperationspartner Hessen Mobil Straßen- und Verkehrsmanagement (Bauwerksentwurfabteilung des Standorts Schotten) erarbeitet worden sind. Die Ergebnisse aus diesen Projektarbeiten sind zum Abschluss der Arbeit nochmal reflektiert worden, um wieder einen Gewinn für das Anwendungskonzept zu erzielen.
Diese Arbeit soll einen fokussierten Einstieg ermöglichen, um diese Baustofftechnik im Brückenbau vielleicht einen weiteren, kleinen Schub nach vorne zu geben.
Zustandserfassung und Verstärkung bestehender Brückentragwerke, Niclas Heger in Kooperation mit Pfeiffer und Schmidt Ingenieurgesellschaft mbH
Gefühlte unzählige Staumeldungen wegen Baustellen aufgrund maroder Brücken gehören zum Alltag vieler Pendler und Berufskraftfahrer in der Bundesrepublik. Der Brückenbestand in Deutschland ist veraltet. Das belegen Zahlen der BASt. Demnach gab es in Deutschland im Jahr 2019: 39.720 Brücken, wovon sich 11,8 % in einem nicht ausreichenden bis ungenügenden Zustand befinden.
Die meisten dieser Brücken im Bestand wurden in den Nachkriegsjahren und nach der deutschen Wiedervereinigung gebaut.
Das heißt, dass die Brücken „ins Alter gekommen sind“. Hinzu kommt, dass man damals weder das heutige Verkehrsaufkommen abschätzen konnte noch die Verkehrslast des heute deutlich „schwereren Verkehrs“. Fachleute sprechen von der sogenannten „Pontesgrafie“. Gemeint ist damit eine Parallele zwischen derAltersstruktur der Bevölkerung (Demografie) mit der Alterung und Überlastung der Brücken (Ponte).
Seit 2010 ist der Bestand nur um 2,36 % gestiegen und somit nahezu konstant geblieben ist. Hieraus wird deutlich, wo die Zukunft des Brückenbaus liegt: In der Instandsetzung undSanierung bestehender Brücken bis hin zum Ersatzneubau, aber nicht in der reinen Neuplanung.
An diesem Punkt setzt diese Arbeit an. Auf Grundlage der Erfahrungen der Brückenprüfungen der letzten Jahre werden Prüfberichte immer unter Berücksichtigung folgender Fragestellungen ausgewertet:
- Lassen sich Mängel und Schäden kategorisieren?
- Wie oft treten diese Schadenskategorien in Abhängigkeit der Bauwerksart und des Bauwerksalters auf?
- Welche Maßnahmen können ergriffen werden, um der Schadenausbreitung frühzeitig entgegen zu wirken? In welchem Kostenrahmen befinden sich diese Maßnahmen?
Im zweiten Teil der Arbeit werden die gewonnenen Erkenntnisse an einem Beispiel aus dem Fundus an Prüfberichten angewendet. Dabei stehen eine Nachrechnung sowie die Planung des Instandsetzungs- und Verstärkungsentwurfes im Vordergrund.
Brandschutz für Industriehallen aus Stahl mit/ohne Einbauten - Heißbemessung für ausgewählte Stahlverbundbauteile, Gizem Kayabasi in Kooperation mit Christmann + Pfeiffer
Der Brandschutz spielt eine große Rolle im Bauwesen. Für die Planung stellen alle Bundesländer für die brandschutztechnischen Anforderungen Bauordnungen zur Verfügung. Hauptziel ist das Entstehen / Ausbreiten eines Brandes vorzubeugen und damit die Rettung von Menschen und Tieren sowie wirksame Löscharbeiten zu gewährleisten. Diese Arbeit beschränkt sich auf den Brandschutz des Industriebaus.
Als Einführung wird die Definition des Brandschutzes (aus vier Teilen: baulicher, anlagentechnischer, organisatorischer und abwehrenderBrandschutz) erläutert. Danach werdendie Unterscheidungskriterien der Klassifizierungssysteme von der (national) DIN 4102 und der (europäisch) DIN 13501 bezüglich der Feuerwiderstandsklassen dargestellt. Im Hauptteil geht es um die praktische Anwendung derBrandschutzplanung im Industriebau mittels der Anforderungen der Muster-Industriebau-Richtlinie. Dabei bezieht sich die Planung auf die Rettungswege, die zulässige Brandabschnittsgröße und die Bestimmung der Feuerwiderstandsfähigkeit der Bauteile von Industriehallen in Stahlskelettbauweise. Dies erfolgt durch drei baupraktische Beispiele jeweils mit / ohne Einbau gefolgt von bildlicher Veranschaulichung durch Brandschutzpläne. Zum Schluss wird der Verbundbau thematisiert. Zunächst werden die aktuell gültigen Normen sowie Bemessungsverfahren für das Bestimmen der Feuerwiderstandsdauer von Verbundbauteilen erläutert. Auf Grundlage dessen,wird anhand einer teilweise einbetonierten Verbundstütze das Tabellenverfahren und das vereinfachte Nachweisverfahren nach FRESH (inkl. Excel-Programmierung) mithilfe der Heißbemessung für eine Feuerwiderstandsdauer von R90 angewendet. Für die teilweise einbetonierte Verbundstütze wird ebenfalls ein Bewehrungsplan erstellt.
Bruchmechanische Untersuchungen an Hohlprofilknoten von stählernen Konstruktionen im Offshore-Bereich, Philipp Krahl in Kooperation mit Offshore Wind Technologie
GmbH
Bedingt durch die energetische Umstellung steigt der Bedarf an erneuerbaren Energiequellen stetig an. Im Zuge dessen haben sich Offshore Windenergieanlagen in den vergangenen Jahren im Bereich der regenerativen Energieerzeugung fest etabliert. Es besteht jedoch die Problematik, dass derzeit keine einheitlichen Regelungen bezüglich der bedarfsgerechten Werkstoffwahl zur Vermeidung von Sprödbruch an Bauwerken in maritimer Umgebung existieren. Dies ist darauf zurückzuführen, dass die bestehenden Regelungen des Hoch- und Brückenbaus aufgrund abweichender Randbedingungen der Offshore Strukturen nicht ohne Weiteres auf den maritimen Sektor übertragen werden können. Im Rahmen der Masterthesis wurden die Grundlagen zur Vereinheitlichung der Zähigkeitsanforderungen im Offshore Bereich geschaffen. Dazu fand eine Analyse des bestehenden Bemessungskonzeptes statt, woraufhin die zu modifizierenden Stellen dieses Nachweisformates aufgezeigt und entsprechend den Anforderungen der Offshore-Strukturen angepasst wurden. Diesbezüglich wurden bruchmechanische Untersuchungen an multiplanaren Doppel K Hohlprofilknoten einer Jacket-Gründungsstruktur durchgeführt. Auf Basis dieser Berechnungsergebnisse wurde innerhalb eines definierten Bemessungsszenarios das Nachweiskonzept zur Vermeidung von Sprödbruch an der versagenskritischen Stelle einer Jacket Gründung aufgezeigt. Zusammenfassend zeigen die gewonnenen Erkenntnisse, dass die bestehenden Regelungen zur bedarfsgerechten Werkstoffwahl in ihrer Grundstruktur prinzipiell auch auf komplexe Fachwerkkonstruktionen mit den branchenüblichen Abmessungen des Offshore-Sektors appliziert werden können.
Durchgängige Digitalisierung vom Planungs- in den Fertigungsprozess am Beispiel der Einführung von Strukturschweißen in Siemens NX, Torben Meckbach in Kooperation mit der Firmengruppe Max Bögl
Die fortschreitende Digitalisierung im Bauwesen bringt eine Vielzahl an Herausforderungen mit sich. Auch in dem für die Masterthesis kooperierenden Unternehmen, der Firmengruppe Max Bögl, ist die Digitalisierung in vollem Gange. Im Zuge dieser Arbeit besteht das Ziel in der Implementierung des Moduls Strukturschweißen in Siemens NX. Dabei handelt es sich um ein Modul zur Konstruktion von Schweißnähten inklusive ihrer Nahtvorbereitungen und Symboldarstellungen im Modell und Plan. Zusätzlich dazu sollen Geometriedaten des firmeneigenen Schweißnahtkatalogs für Brückenbauwerke in das Modul integriert werden.
Die Arbeit behandelt den Prozess der Schrittweisen Implementierung des Moduls Strukturschweißen in den aktuellen Konstruktionsablauf in Siemens NX mit anschließen der Einbettung der Hintergrunddaten ausgewählter Schweißdetails.
Strukturschweißen ist ein Modul, welches bereits in NX vorhanden ist und lediglich für die Firmengruppe anzupassen ist. Es umfasst dieMöglichkeiten Schweißverbindungen wie die häufig eingesetzten Kehl und Stumpfnähte zu definieren und deren Schweißvorbereitung inklusive Nahtstärke und Eigenschaften zu modellieren. Weiterhin erstellt das Programm neue Volumenkörper anhand der Schweißvorbereitung und berechnet daraus das zu erwartende Schweißnahtvolumen, welches für die Schweißung notwendig sein wird. Dieser Schritt ist eine erhebliche Prozessoptimierung verglichen mit den bisherigen Standards. Daneben kommen insbesondere zeitliche Vorteile durch die automatisierte Erstellung extrahierter Volumenkörper in Form der Fasenvorbereitung und automatisch generierte Schweiß PMI zum Tragen. Darauffolgende Abläufe geschehen weitaus schneller und erweisen sich als deutlich weniger fehleranfällig durch den Wegfall der manuellen Datenübertragung in weitere Folgeprogramme.
Somit soll diese Abschlussarbeit den in vielen Teilen bereits digitalisierten Arbeitsablauf weiter optimieren. Zeitaufwändige und fehleranfällige Zwischeninstanzen werden nach der Implementierung obsolet und der Übergang vomletzten Planungs in den ersten Fertigungsschritt geht reibungsloser vonstatten.
2019
Bemessung von Verbundstützen im Brandfall nach allgemeinem Berechnungsverfahren und Entwicklung eines vereinfachten Näherungsverfahrens, Joni Barhani in Kooperation mit stahl + verbundbau GmbH
Betongefüllte Stahl-Hohlprofilverbundstützen mit massivem Einstellprofil ermöglichen das Abtragen von hohen Lasten bei zusätzlich hohen Feuerwiderstandszeiten. Diese Eigenschaften machen sie für den Geschoss- und Hochbau interessant. Untersucht werden im Rahmen dieser Arbeit Verbundstützen aus einem Stahlrohr und einem mittig angeordneten runden Stahlkern. Der Hohlraum zwischen dem Stahlrohr und dem Stahlkern wird mit Beton gefüllt. Die Haupttragkomponente ist dabei der massive Stahlkern. Der Beton wird nicht nur im Kaltfall zur Erhöhung der Tragfähigkeit herangezogen, er dient auch im Brandfall zur Reduktion des Wärmeeintrages in den Stahlkern und vergrößert damit für beide Nachweise die aufnehmbaren Lasten.
Die Berechnung und Bemessung von Verbundstützen im Brandfall wird in der DIN EN 1994-1-2 sowie dem zugehörigen Nationalen Anhang DIN EN 1994-1-2/NA geregelt.
Hauptziel einer Brandbemessung ist es, die Tragfähigkeit der Bauteile bzw. der Struktur für die relevante Branddauer t zu gewährleisten. Bis zu dieser Zeitspanne soll die Rettung von Menschen, Tieren und Sachwerten erfolgen.
Die o. g. Norm unterscheidet hierzu drei verschiedene Arten von Bemessungsverfahren: Tabellarische, vereinfachte und allgemeine Bemessungsverfahren. Die Genauigkeit und der Aufwand steigern sich dabei vom tabellarischen zum allgemeinen Verfahren.
Traglastversuche bei Raumtemperatur und Brandversuche für Stahl-Hohlprofilverbundstützen mit massivem Einstellprofil liegen nur begrenzt vor. Infolgedessen existieren weder allgemein anerkannte analytische Modelle des Tragverhaltens im Brandfall noch vereinfachte Nachweisverfahren für den Feuerwiderstand.
In dieser Arbeit wird mit Hilfe des FEM-Programmes SAFIR, welches über die letzten 25 Jahre an der Universität von Liège entwickelt wurde, eine große Anzahl von Verbundstützen thermisch und mechanisch analysiert. Auf Basis der errechneten Grenztraglastkurven wird eine Parameterstudie durchgeführt. Ziel dieser Abhandlung ist das Entwickeln eines Näherungsverfahrens als vereinfachtes Bemessungsverfahren gemäß EC4 für die Feuerwiderstandsklasse R120. Diese Masterarbeit wird in enger Kooperation mit der Firma „stahl+ verbundbau gmbh“ erarbeitet.
Ersatzneubau einer Straßenbrücke im Zuge der B 49 bei Dorlar, Corinna Augustinov in Kooperation mit Hessen mobil
Diese Abschlussarbeit widmet sich der Aufgabenstellung, ein geeignetes Ersatzbauwerk für eine Unterführung der Deutschen Bahn im Zuge der Bundesstraße B 49 bei Lahnau/Dorlar zu entwerfen, hinsichtlich ihrer Umsetzbarkeit und ihrer Wirtschaftlichkeit zu prüfen und letztendlich eine Maßnahmenempfehlung auszusprechen. Der Bedarfsplan für Bundesfernstraßen sieht den Ausbau der B49 auf vier Fahrstreifen mit Standstreifen im „Vordringlichen Bedarf“. Für den Abschnitt zwischen AS Wetzlar/Ost und AK Bergwerkswald gibt es einen Planungsauftrag zum Anbau von Seitenstreifen, um das Gefahren- und Unfallpotential durch Pannenfahrzeuge, welches bei ~38,000 Kfz/24h sehr hoch ist, zu reduzieren und den zähfließenden Verkehr in den Hauptverkehrszeiten zu verringern. Zunächst werden alle zur Verfügung stehenden Unterlagen zum bestehenden Bauwerk gesichtet. Anhand der Unterlagen entsteht ein Überblick über die örtlichen und verkehrlichen Bedingungen und Besonderheiten, die vorliegenden Schäden am Bestandsbauwerk und die Anforderungen, die das Ersatzbauwerk zukünftig erfüllen muss. Im nächsten Schritt erfolgt die Erarbeitung von zwei Bauabläufen, woraussich verschiedene Brückenvarianten ergeben. Ein besonderes Augenmerk wird darauf gelegt, dass während der gesamten Bauzeit alle vier Fahrspuren der B49 offen gehalten werden und die Beeinträchtigung des Bahnverkehrs auf ein absolutes Minimum reduziert wird, da Sperrzeiten langfristig geplant werden müssen und nur in kleinen Zeitfenstern realisierbar sind. Im Hinblick auf den Zwangspunkt Bahn, den einzuhaltenden Lichtraumprofilen nach EBO, sowie den Vorgaben aus der RE-ING haben sich zwei Varianten ergeben, welche auf Vorentwurfsniveau ausgearbeitet werden. Zum einen ein Einfeldbauwerk, als offener Rahmen ausgebildet, welcher entlang der Bahngleise, quasi als Bahntunnel, hergestellt wird. Zum anderen eine 130 m lange Fachwerkbrücke mit obenliegendem Tragwerk. Die Herstellung des Rahmenbauwerks erfordert eine Behelfsumfahrung mit -brücke über die Bahnanlage, die vier Fahrstreifen aufnehmen kann. Aufgrund der örtlichen Lage (Überschwemmungsgebiet Lahn und angrenzender Hang) wird eine genehmigungsfähige Umfahrung wahrscheinlich nicht gefunden. Außerdem ist mit hohen Kosten für die Behelfsumfahrung zu rechnen, welcher bei einem Rückbau erneut anfallen würde. Aus diesem Grund wird empfohlen, die Planung der Fachwerkbrücke fortzuführen.
Instandsetzung und Ertüchtigung oder Neubau eines öffentlichen Fußgängersteges an einer Eisenbahnbrücke über die Lahn in Weilburg, Strecke 3710 Wetzlar, W75 – Koblenz Hbf, Bahn-km 23,225, Franziska Blattner in Kooperation mit Ingenieurbüro Pfeiffer & Schmidt
An der Bahnbrücke über die Lahn in Weilburg besteht bereits seit vielen Jahren ein öffentlich nutzbarer Fußgängersteg. Da dieser vor fast 2 Jahren aufgrund von Standsicherheitsmängeln gesperrt wurde ist der Stadt Weilburg und deren Vertretern daran gelegen, dass in Kürze den Fußgängern wieder eine Möglichkeit gegeben wird die Lahn, an der Stelle des bestehenden Fußgängersteges oder in derer unmittelbarer Umgebung, zu überqueren. Besonders für die bahnpendelnden Schüler und Schülerinnen, welche den Fußgängersteg täglich nutzen, bringt die Sperrung einen erheblichen Umweg mit sich. Die Stadt Weilburg plant seit einigen Jahren einen Neubau zu errichten, welcher die Überquerung der Lahn im Bereich des Omnibusbahnhofs/Hauptbahnhofs ermöglichen soll. Diese Planung erfolgt für eine Rad- und Gehwegbrücke mit einer Querschnittsbreite von min. 2,5m. Da die Planungen des Neubaus bereits länger andauern, als die Sperrung des bestehenden Fußgängersteges und die Kostendes Neubaus immer mehr ansteigen, wurde im Verlauf dieses Projektes untersucht, ob nicht eine schnelle, sowie kostengünstige Lösung für das vorliegende Problem machbar wäre.
Die Bearbeitung des Projektes erstreckte sich über die Informationsbeschaffung, die Aufnahme des Bauwerkes vor Ort, das Finden und Abwägen aller denkbaren Möglichkeiten der Wiedernutzbarmachung, sowie die Ausarbeitung von drei Vorzugsvarianten.
Die erste Betrachtung des vorliegenden Problems brachte zunächst viele mögliche Lösungsansätze, welche nach und nach wieder verworfen wurden. Am Ende des ersten Abschnitts der Bearbeitungszeit wurde eine Erstbewertung durchgeführt, welche zu dem Ergebnis kam, dass die wahrscheinlich wirtschaftlichste und ingenieurtechnisch sinnvollste Variante unter drei Vorzugsvarianten zu suchen ist. Dabei handelt es sich um die Sanierung des bestehenden Bauwerkes und die Herstellung eines Ersatzneubaus auf den bestehenden Unterbauten in der Ausführung als Stahlfachwerktrogbrücke sowie in der Ausführung als Stahlträgerbrücke.
Einflüsse und Besonderheiten bei der Entwurfsplanung einer integralen Autobahnbrücke im Hinblick auf die Interaktion „Baugrund – Bauwerk“ am Beispiel des Unterführungsbauwerks Rampe Frankfurt-Mainz, A643, BW 10b, im Zuge des Neubaus des Schiersteiner Kreuzes, Joshua Thomas Effert in Kooperation mit Schüßler-Plan Ingenieurgesellschaft mbH
Das Hauptmerkmal von integralen Brücken ist die lagerlose biegesteife Verbindung des Überbaus mit den Widerlagern. Diese hat zur Folge, dass vor allem Längenänderungen des Überbaus durch die angrenzende Hinterfüllung beeinflusst werden und Zwangskräfte entstehen. Den Schwerpunkt der Arbeit bildet die Untersuchung der Bauwerks- Baugrund-Interaktion unter dem Ansatz verschiedener Berechnungsansätze und den statischen und konstruktiven Auswirkungen von konstruktiven Zusatzmaßnahmen. Untersucht wurden die Auswirkungen an dem durch das Ingenieurbüro Schüßler-Plan Ingenieurgesellschaft mbH aus Frankfurt am Main bereitgestellten Unterführungsbauwerk, das im Zuge des Umbaus des Schiersteiner Kreuzes hergestellt werden soll. Das Kreuzungsbauwerk ist als integraler Einfeld-Rahmen in Massivbauweise mit einer Stützweite von 18,0 m und kastenförmigen Widerlagern geplant. Nach dem in Deutschland gültigen Regelwerk RE-ING wird für die Beeinflussung des Bauwerks durch die Hinterfüllung infolge von Längenänderungen des Überbaus bei Temperaturschwankungen zwischen Sommer und Winter ein mobilisierter Erddruck als Zusatzeinwirkung auf das System aufgebracht. Mit Hilfe der FEM-Software InfoCAD wurden zum einen konstruktive Maßnahmen, wie die Trennung der Widerlager- und Flügelwände, das Vouten der Rahmenecken und der Einsatz einer Weicheinlage hinter dem Widerlager mit einer bewehrten Erde Konstruktion für die Hinterfüllung, untersucht. Zum anderen wurde abweichend von dem Regelwerk betrachtet, welche Einflüsse die Abbildung der Hinterfüllung mit Hilfe von Federn auf die Ergebnisse der Bauwerksberechnung haben. Für diese Untersuchung wurden sechs statische Systeme modelliert und berechnet. Verglichen wurden die Varianten über die Bemessungsschnittgrößen und die erforderliche Biegebewehrung in Längsrichtung des Bauwerks. Die Untersuchung hat ergeben, dass es auf Grund der Bauwerksabmessung zu keinen maßgebenden Veränderungen der Schnittgrößen bzw. erforderlichen Bewehrung kommt. Dennoch führt die Ausführung des Bauwerks mit dem Erddruckansatz nach RE-ING und einer Trennung der Flügelwände vom restlichen Bauwerk und den damit verbundenen Mehrkosten zu dem wirtschaftlichsten Ergebnis. Durch den Verzicht auf ein kastenförmiges Widerlager, wird ein zwängungsfreier Kraftverlauf gewährleistet und eine optimale Ausnutzung des Überbauquerschnitts und der erforderlichen Bewehrung erzielt.
Entwicklung der Methoden des Brandschutzes im Stahlbau, Janina Henneke
Wenn die Worte „Brand“ und „Stahl“ in einem Satz genannt werden, fällt einem Bauingenieur oft als erstes der Crystal Palace ein. Das riesige Gebäude mit einer Grundfläche von 74211 m² wurde zum Anlass der ersten Weltausstellung im Hyde Park von London errichtet. Nach der Weltausstellung wurde er zurückgebaut und im heutigen Crystal Palace Park wiedererrichtet. Dort brannte er nach insgesamt knappen 86-jährigem Bestehen ab. Sein Architekt war der gelernte Gärtner Sir Joseph Paxton.
Aufgabe eins dient der Auswertung der zur Verfügungstehenden Literatur im Hinblick auf das zu untersuchende Gebäude. Wie war der Kristallpalast aufgebaut, aus welchen Materialien bestand er, wie ist er abgebrannt?
Aus diesen Resultaten soll dann das Schadensereignis mit einem dafür geeigneten Berechnungsprogramm nachgerechnet werden. Um ein passendes Brandsimulationsprogramm zu verwenden muss man sich über die Eigenschaften der verschiedenen Programme informieren. Für die gestellte Aufgabe ist das Simulationsprogramm „PyroSim“ am geeignetsten, da es mit Feldmodellen simuliert.
Nun beschäftigt man sich mit dem Brandschutzteil. Als Einstieg informiert man sich über die heutigen gängigen Brandschutzmethoden – welche gibt es und wie wendet man sie an? Dann wird der zerstörte Kristallpalast nach den heutigen Brandschutzanforderungen neu berechnet. Der überarbeitete Entwurf soll natürlich statisch korrekt sein, dem Vorbild so weit wie möglich ähneln.
In der vorletzten Aufgabe geht es um den Vergleich der Ergebnisse. Zum einen der Abgleich moderner Nachweismethoden zu denen der früheren Dekaden. Zum anderen die Gegenüberstellung der unterschiedlichen Brandschutzausführungen von heute. Dies bezieht sich auf die Verwendung verschiedener Materialien sowie die unterschiedlichen Ausführungen des baulichen Brandschutzes. Eine Einschränkung bei den zu verwendbaren Materialien wurde gemeinsam festgelegt. Der Baustoff Beton kommt nicht zum Einsatz.
Als letztes sollen die derzeitigen Nachweismethoden auf Grundlage der vorherigen Aufgaben bewertet werden. Eine Empfehlung zur Anwendung der durchgeführten Nachweismethoden auf Stahl- Glas- Konstruktionen ist zu verfassen.
Einfluss des Kernmaterials von Sandwichelementen auf die Drehbettung, Kilian Jacob Kraft
Im Zuge der Optimierung der Wirtschaftlichkeit kommen besonders im Hallenbau immer häufiger leichte Dachunterkonstruktionen aus gekanteten Z-Profilen in Kombination mit Sandwichelementen zum Einsatz. Verglichen mit der Nutzung von Walzprofilen als Pfetten, stellen Kantprofile durch optimierte Formen eine leichtere Option dar, besitzen jedoch durch ihre Dünnwandigkeit und Formgebung geringe Torsionswiderstände. Folgend durch die leichteren Bauteile verringert sich das Eigengewicht der Konstruktion, wodurch eine schnellere Montage erfolgen kann und weniger Transportkosten anfallen. Mit einem Sandwichelement als abschließendes Element ist bekannt, in welcher Höhe stabilisierende Drehbettung anzusetzen ist, sofern es andrückend belastet wird. Bedingt durch die leichte Konstruktion, wird häufig der Lastfall des abhebenden Windes maßgebend und ein Stabilitätsversagen tritt ein. Gemäß Eurocode 3 wird eine Stabilisierung durch Drehbettung zwar nicht grundsätzlich ausgeschlossen, wird jedoch nicht mit den bisher gültigen Ansätzen unter andrückenden Belastungen abgedeckt. Dies liegt daran, dass unter abhebendenBelastungen Effekte, wie das Eindrücken der Schraube in die Dämmschicht, mit anschließender Spaltbildung zwischen Kantprofil und Sandwichpaneel, eintreten können.
In dieser Masterthesis wurden reale Bauteilversuche durchgeführt und mit der Finite-Element-Methode mit der Software ANSYS nachgerechnet. Aus den realen Bauteilversuchen und der analytischen Nachrechnung wurde die durch Drehbettung stabilisierende Einflüsse des Sandwichelements bestimmt und abgeglichen. Hierbei wurden die Parameter des Sandwichelements variiert, um deren Einflüsse auf die Stabilisierung zu determinieren. Mit einer anschließenden Parametrisierung der anderen Einflussgrößen, kann Auskunft über die genaue Berechnung der stabilisierenden Drehbettung gegeben werden und Bauteile können noch wirtschaftlicher bemessen werden. Denn ein Stabilitätsversagen unter abhebenden Lastenwird erst später als bisher angenommen eintreten. Die Abbildung zeigt den skizzierten Versuchsaufbau. [Diese ist hier nicht dargestellt.]
Untersuchung von Modellierungsmöglichkeiten zur Vereinfachung statischer Berechnungsmodelle im Brückenbau, Maximilian Volze in Kooperation mit Kinkel und Partner GmbH
Die Bemessung einer Brücke erfolgt sowohl in Längs- als auch in Querrichtung. Dabei spielt beider Modellierung und Bemessung der Brücke u. a.der Brückenquerschnitt, die Querneigung und Krümmung der Brücke, die mitwirkende Plattenbreite und die Art der Vorspannung eine große Rolle. Dabei werden häufig aufwendige Modelle erstellt, die neben dem großen Modellierungsaufwand und erhöhter Rechenzeit nur schwer interpretiert werden können.
In dieser Arbeit wird gezeigt, inwiefern vereinfachte statische Modelle das Tragverhalten von Brücken mit ausreichender Genauigkeit widerspiegeln. Die Untersuchung erfolgt an einem Hohlkastenquerschnitt. Im ersten Teil der Masterthesis geht es zunächst um die theoretische Betrachtung des Themas. Dabei werden folgenden Punkte bearbeitet:
- Aufzeigen der verschiedenen Brückenarten und deren Herstellungsverfahren, sowie die Kriterien anhand derer Brücken entworfen werden. Zudem wird ein Überblick gegeben, wie sich die verschiedenen Arten und Herstellungsverfahren im Brückenbestand und im Bereich von Brückenneubauten in Deutschland verteilen.
- Knappe Darstellung der historischen Entwicklung der Bemessungsvorschriften, bezogenauf die nachfolgend genannten Brückenarten
- Beschreibung des Tragverhalten einer Plattenbalken-und Hohlkastenbrücke
- Beschreibung des Tragverhaltens eines quergeneigten Querschnitts im Vergleich zu einem geraden Brückenquerschnitt
- Beschreibung des Tragverhaltens einer gekrümmten Brücke
Im zweiten Teil der Arbeit wird eine Parameterstudie durchgeführt, auf deren Grundlage im optimalen Fall, Vereinfachungen der statischen Modelle abgeleitet werden können. Dabei werden vor allem die folgenden Punkte bearbeitet:
- Modellierung des Brückentyps (Hohlkastenquerschnitt) mit den oben genannten Parametern zur Untersuchung der Einflüsse von Brückenkrümmung, Querneigung und mitwirkender Plattenbreite, sowie Auswertung der Ergebnisse (Auswirkungen auf Schnittgrößen, Nachweise, etc.).
Die Arbeit schließt mit einer Empfehlung hinsichtlich der zu verwendenden statischen Modelle für die untersuchten Brückenarten ab. Die Arbeit wird bei Herrn Prof. Dr. Bertram Kühn in Kooperation mit Kinkel + Partner; Gesellschaftberatender Ingenieure GmbH, Robert-Bosch-Str.32, 63303 Dreieich, absolviert.
2018
Vergleich des Einflusses von verschiedenen Bauverfahren auf die Statik einer gekrümmten Brücke am Beispiel des „Überfliegers“ im Autobahnkreuz Süderelbe im Zuge der A26 Stade - Hamburg, Andreas Stöhr in Kooperation mit sweco
Da in der heutigen Zeit eine Optimierung der Prozesse und Kosten immer wichtiger wird, gilt es, um wettbewerbsfähig bleiben zu können, Arbeitsabläufe wirtschaftlicher zu gestalten. Thema dieser Arbeit ist die Prüfung der Auswirkungen zweier unterschiedlicher Bauverfahren einer gekrümmten Stahlverbundbrücke hinsichtlich des Querschnitts, der Bauzeit und der entstehenden Kosten. Diese Arbeit wurde in Kooperation mit der Sweco GmbH geschrieben und bezieht sich auf die Planung einer Autobahnbrücke bei Hamburg. Der Auftraggeber wünschte den Einhub der Brückensegmente durch Mobilkräne, was sich auf Grund der örtlichen Bedingungen als aufwändig erwies. Daher lag es im Interesse der Sweco GmbH ein alternatives Bauverfahren, den Längsverschub, zu prüfen. Der Einhub per Mobilkran ist ein häufig gewähltes Bauverfahren bei vergleichbaren Brücken. Jedoch entsteht für das betrachtete Bauvorhaben auf Grund der ungünstigen Baugrundbedingungen ein enormer Aufwand. Wegen der hohen Torfvorkommen ist das gesamte Gelände für Baufahrzeuge nicht tragfähig, weshalb an allen befahrenen Bereichen und Baustellenflächen Baugrundverbesserungen vorgenommen werden müssen. Dies zieht sowohl einen erhöhten zeitlichen Aufwand sowie gesteigerte Kosten nach sich. Daher liegtdie Idee nahe, die Brücke in einem kompakten Bereich zunächst stückweise zu errichten und in Längsrichtung in die geplante Endlage zu schieben. Die Arbeit beschäftigt sich zum einen mit der Durchführbarkeit des Bauverfahrens und zum anderen mit der Anpassung der Statik des Überbaus. Nach Anpassung der Statik ergab sich eine Erhöhung des Stahlgewichts um rund 15% für das alternative Bauverfahren Längsverschub. Die dadurch steigenden Materialkosten machen einen nicht unerheblichen Teil der Gesamtkosten aus, die für das Bauwerk angesetzt wurden. Dem gegenüber stehen auf der Seite der Variante Einhub die Kosten, die durch die deutlich umfangreicheren Bodenverbesserungsmaßnahmen entstehen. Insgesamt zeigt die Arbeit nach umfassender Bilanz der Kosten auf, dass die Variante Längsverschub als wirtschaftlichere Baumaßnahme für dieses Bauvorhaben hervorgeht. Deutlich wird, dass der Vorteil des Längsverschubs maßgeblich auf die ungünstigen Baugrundverhältnisse zurückzuführen ist. Abschließend wird demnach deutlich, dass die Auswahl des Bauverfahrens weitgehend an die örtlichen Bedingungen geknüpft werden sollte.
2017
Vergleich der Regelungen des englischen Nationalen Anwendungsdokumentes zu EN 1993-1-10 mit EN 1993-1-10 und Erarbeitung eines Vorschlags zur Vereinheitlichung und
Angleichung der Regelungen, Mahad Afhakame in Kooperation mit Arcelor Mittal
Die EN 1993-1-10 beinhaltet einen Satz von maximalen Erzeugnisdicken, welche mit der Stahlgüte und der dazugehörigen Kerbschlagtemperatur, der Referenztemperatur und der Zugspannung variieren. Die Auswahl der maximalen Erzeugnisdicken kann durch die Anpassung der Referenztemperatur TEd vorgenommen werden, damit die Mindesteinsatztemperatur Tmd für die Anpassung der Faktoren Strahlungsverlust ΔTr, Rissimperfektion, vorhandenen Spannung und geometrische Spannungskonzentration ΔTϬ, Sicherheitsterm Δ, Dehnrateneffekt ΔTε, Kaltumformungsgrades ΔTεcf, sorgen kann. Die EN 1993-1-10 ermöglicht die Option national gewählte Parameter (NDP´s) über den Sicherheitsterm ΔTR einzuführen, um die maximalen Erzeugnisdicken genügsam zu modifizieren, sofern dies von einem europäischen Land als notwendig erachtet wird. Die Faktoren ΔTε und ΔTεcf werden von den britischen Kollegen akzeptiert, während ΔTR mit einem nationalen Anhang der EN 1993-1-10 modifiziert wurde, um somit die Bestimmung der maximalen Erzeugnisdicken den britischen Bedürfnissen, in Bezug auf die Eigenspannung, geometrische Spannungskonzentration und die Größe des undetektierbaren Anfangsschadens, anzupassen. Dabei ergänzten die Briten ihre Annahmen für die EN 1993-1-10 mit den national gewählten Parameter ΔTRD Anpassung nach Detailausführung, ΔTRG Anpassung des Spannungskonzentrationsfaktors an sogenannten „hard spots“, ΔTRT Anpassung der Kerbschlagversuchstemperatur, ΔTϬ Anpassung der Bezugsspannung und ΔTRs Anpassung des Festigkeitsgrades. Diese sind zu addieren, um den gewünschten Wert für ΔTR zu erhalten.
Im Laufe der Masterthesis wurde untersucht, inwieweit die national gewählten Parameter des britischen nationalen Anhangs gleichlautend oder abweichend mit der Empfehlung der EN 1993-1-10 gewählt werden. Nachfolgend wurden die Hintergründe bzw. Annahmen der abweichenden NDP´s und der EN 1993-1-10 dokumentiert. Diese wurden theoretisch, sowie in einer Parameterstudie isoliert betrachtet und im Vergleich gegenübergestellt, um über die voneinander abweichenden Annahmen zu diskutieren und diese zu bewerten. Während den Untersuchungen wurde klar, dass es in einigen wichtigen Bereichen unterschiedliche Annahmen über die Eigenspannung, geometrische Spannungskonzentration und die Größe des und detektierbaren Anfangsschadens gab, die nicht zu vereinheitlichen waren.
Vergleich der neuen Eurocoderegelungen mit alten DIN-Normen am Beispiel von typischen Kranbahnträgern aus Stahl, Janina Becker in Kooperation mit Ingenieurbüro Engelhardt + Weese GmbH
Um heute rationell bauen und somit leistungsfähig bleiben zu können, ist die wirtschaftliche Errichtung von Bauwerken unverzichtbar. Sowohl der Kosten- als auch der Zeitfaktor gewinnen somit zunehmend an Relevanz.
Trotz weitgehender Akzeptanz der Eurocodes bleibt deren Anwenderfreundlichkeit sowie die Wirtschaftlichkeit der Bemessungsergebnisse, im Vergleich zu den vorher gebräuchlichen DIN-Normen, weiterhin umstritten.
Vor allem bezüglich der Regelwerke zur Bemessung von Kranbahnträgern im Stahlbau, scheiden sich die Geister. Die Frage danach, ob hinsichtlich der Nachweisführung unterschiedlich ausgeführter Kranbahnträger, die Anwendungvon DIN 4132, unter Beachtung der Norm DIN 18800, gegenüber der Anwendung des Eurocode 3, grundsätzlich zweckmäßiger war oder nicht, bleibt bislang ungeklärt. Hieraus ergibt sich die Frage nach den Unterschieden der Nachweisführung zwischen DIN 4132 und Eurocode und den daraus resultierenden Konsequenzen für die Bemessung typischer Ausführungsarten von Kranbahnträgern hinsichtlich Anwenderfreundlichkeit und Wirtschaftlichkeit.
Im Rahmen dieser Arbeit werden unterschiedliche Kranbahnträger sowohl nach DIN 4132 als auch nach Eurocode bemessen. Die Unterschiede der Bemessungsregeln werden herausgearbeitet sowie anschließend die Bemessungsergebnisse hinsichtlich Anwenderfreundlichkeit und Wirtschaftlichkeit bewertet. Angefangen bei den Lastannahmen, über die Einwirkungskombinationen und Bauteilwiderstände bis hin zur Nachweisführung und hier insbesondere beim Nachweis der Ermüdung lassen sich Unterschiede zwischen den neuen Eurocoderegelungen und den alten DIN-Normenfeststellen.
Die aus den Konsequenzen der Unterschiede der Bemessungsregeln resultieren Ergebnisse der Nachweisführung lassen auf eine zwar aufwendigere, jedoch wirtschaftlichere Bemessung der Kranbahnträger nach Eurocode schließen. Die erforderliche Schweißnahtdicke bei Schienenschweißnähten, ausgeführt als Doppelkehlnaht, fällt für die betrachteten Beispiele nach DIN 4132 geringer aus als nach Eurocode. Jedoch lassen neuste Untersuchungen zu diesem Thema an der Universität Stuttgart eine Optimierung des betreffenden Kerbfalls erwarten.
Berechnung von quasi gelenkigen Anschlüssen mit dünnen Stirnplatten, Christina Brauer
In der Stahlbaupraxis wird traditionell zwischen biegesteifen und gelenkigen Anschlüssen unterschieden. Der EC 3-1-8 bietet nun mit der Komponentenmethode die Möglichkeit den Anschluss hinsichtlich seiner Kenngrößen Momententragfähigkeit, Rotationssteifigkeit und Rotationskapazität zu charakterisieren und somit eine Klassifizierung in gelenkig, nachgiebig und biegesteif vorzunehmen. Durch Zerlegung des Anschlusses in seine Grundkomponenten wird eine realitätsnahe Angabe über Trag- und Verformungsverhalten erzielt. Durch Anwendung dieser Methode wird dem Ingenieur in der Praxis eine zielorientierte wirtschaftliche Planung der Anschlusskonfigurationen im Tragwerkssystem ermöglicht. Jedoch ist mit diesem Berechnungsverfahren ein ungleich höherer Aufwand verbunden, welcher aktuell noch gemieden wird. Die Bemessung und Realisierung eines gelenkigen Anschlusses hingegen bewährt sich als praxisgerecht. Die Ausführung ist als geschraubte Verbindung, Fahnenblech oder Stirnplattenverbindung möglich. Für den Anschluss der Stirnplatte an den Biegeträger gibt es verschiedene konstruktive Lösungen. In den meisten Fällen ist die gewählte Verbindungsart nach den neuen Grenzkriterien des EC 3-1-8 als nachgiebig einzustufen. In der Praxis werden diese Anschlüsse weiterhin vereinfacht als gelenkige Anschlüsse berechnet. Für Stirnplattenanschlüsse, deren Stirnplatte nicht am Untergurt des Trägers angeschweißt ist, wurden bereits Empfehlungen vom ECCS erarbeitet und veröffentlicht, welche basierend auf ausreichender Rotationskapazität und Duktilität eine vereinfachte Berechnung als gelenkig ermöglichen. Für Stirnplattenanschlüsse, die am Untergurt angeschlossen sind, ist dagegen ein Nachweis als verformbarer Anschluss mit der Komponentenmethode nach EC 3-1-8 erforderlich. Es stellt sich daraufhin die Frage, ob für diesen Fall auch Empfehlungen ausgesprochen werden können, die eine vereinfachte Berechnung als gelenkigen Anschluss zulassen. Im Rahmen der Arbeit wurden programmgestützte Untersuchungen durchgeführt, welche diese Fragestellung aufgreifen. Dabei wurden sowohl einseitige als auch beidseitige Anschlüsse berücksichtigt. Das Ziel der Arbeit war die Formulierung von konstruktiven Grenzkriterien für quasi gelenkige Anschlüsse mit dünnen Stirnplatten.
Straßenüberführung Zienkener Straße im Zuge der Ausbaustrecke Karlsruhe – Basel - Planfeststellungsabschnitt 8.4: Vergleich der aktuellen Vorzugsvariante mit einer kleinteiligen Lösung in Bezug auf Herstellbarkeit, Unterhaltung und Kosten, Alice Krell in Kooperation mit sweco
In Zusammenarbeit mit der Firma Sweco GmbH wird im Rahmen dieser Masterarbeit die bestehende Vorplanung einer Straßenüberführung mit einer alternativen Lösung verglichen. Ziel der Arbeit ist es, eine der beiden Bauwerksvarianten auf Grundlage einer möglichst breiten Entscheidungsbasis zu empfehlen. Die Planung seitens der Firma sieht ein dreifeldriges Hybridbauwerk in Verbundbauweise in den Außenfeldern und einem Stahlbetonmittelfeld vor. Die Brücke überführt eine Gemeindeverbindungsstraße und quert dabei sieben elektrifizierte Eisenbahngleise, von denen vor der Baumaßnahme nur zwei Gleise vorhanden sind. Im Rahmen der Abschlussarbeit soll eine kleinfeldrige Alternativbrücke entworfen, vordimensioniert und mit der Vorzugsvariante verglichen werden. Zu Beginn der Arbeit werden die Planungsrandbedingungen geklärt, sodass eine Alternativvariante entworfen werden kann. Der Baustoff ist mit Stahlbeton vorgegeben, sodass die Stützweiten begrenzt sind. Daher fällt die Wahl auf eine semintegrale Fünffeldbrücke aus Halbfertigteilen, die den frühen Rückbau eines Bestandsgleises notwendig macht. Im nächsten Schritt wird das gewählte Brückenbauwerk im Rahmen einer statischen Vorbemessung vordimensioniert. Die Berechnung erfolgt mit der FE-Methode am Gesamtmodell. Nach der ausführlichen Beschreibung der Herstellprozesse beider Bauwerke beginnt der Vergleich der Varianten. Neben der Herstellbarkeit wird dabei auf die benötigten Sperrpausen der Eisenbahntrassen während des gesamten Lebenszyklus eingegangen. Zudem wird die Zugänglichkeit der Bauwerke zur Durchführung von Bauwerksprüfungen und Instandsetzungsmaßnahmen untersucht und die benötigten Bahnsperrungen berechnet. Anschließend folgen Kostenschätzungen der Bauwerke über den Kostenkennwertekatalog der Bahn sowie über eine Massenermittlung. Um auch die Unterhaltungskosten während der Lebensdauer der Brücken vergleichen zu können, wird eine Berechnung nach der Richtlinie zur Durchführung von Wirtschaftlichkeitsuntersuchung aufgestellt. Darüber hinaus werden die Betriebserschwerniskosten betrachtet, die der Deutschen Bahn durch die Bau- und Instandsetzungsmaßnahmen entstehen.
Abschließend wird eine der Bauwerksvariantenzur Umsetzung empfohlen.
FEM-Simulationen zu dem Tragverhalten von dünnwandigen Kantprofilen in Verbindung mit Sandwichelementen unter abhebenden Lasten, Tim Krieglstein
Die Ermittlung der Drehbettung für Sandwichelemente ist in der europäischen Norm zur Bemessung und Konstruktion von kaltgekanteten Stahlbauteilen und –blechen DIN EN 1993-1-3 in Verbindung mit dem zugehörigen nationalen Anhang für Deutschland geregelt. In Abhängigkeit von der Unterkonstruktion ist in Tabelle NA.1 das Kontaktmoment und damit die Drehbettung ausschließlich für Auflasten angegeben. Für die Lastfallkombination Konstruktionsgewicht und Windsog, womit in den meisten Fällen abhebende Lasten auftreten, darf demnach keine Stabilisierung in Form einer Drehbettung in Rechnung gestellt werden. Gemäß den Vorschriften zur Kombinationsbildung in DIN EN 1990 ist die genannte Kombination stets zu untersuchen. In vielen Fällen, z.B. beim Einsatz von Walzprofilen, ist diese Lastfallkombination nicht bemessungsrelevant. Aufgrund des sehr geringen Eigengewichts von Sandwichelementen in Verbindung mit dünnwandigen Kantprofilen, wodurch gerade die hohe Kosteneffizienz erreicht wird, erhält die Lastfallkombination Konstruktionsgewicht und Windsog eine größere Bedeutung für die Bauteilbemessung, da im Unterschied zu unter Auflast stehenden Pfetten keine Stabilisierung angesetzt werden darf. Dies hat zur Folge, dass in vielen Fällen das für die Auflast bemessene Profil unter Beachtung der stabilisierenden Wirkung der Sandwichelemente für die auftretenden Windsoglasten keine ausreichende Tragfähigkeit aufweist. Die Konsequenz daraus ist, dass dem wirtschaftlichen Konzept des Leichtbaus entgegenstehend größere Kantprofile verwendet werden müssen. Für eine genauere Einschätzung der Ursachen des vermeintlichen Verlustes der Drehbettung bei abhebenden Lasten wurde eine Parameterstudie mit der Methode der finiten Elemente durchgeführt. So konnten die Parameter mit dem größten Einfluss auf die Drehbettung identifiziert und bewertet werden.
Überprüfung der Erweiterbarkeit eines modularen Brückenbausystems als integrales Stahlverbund-Rahmentragwerk in Vollfertigteilbauweise, Moritz Winter in Kooperation mit sweco
Die Masterthesis entstand unter hochschulseitiger Betreuung durch Prof. Dr.-Ing. Kühn und in Kooperation mit der Sweco GmbH und beschäftigt sich im weitesten Sinne mit der Weiterentwicklung von Stahl-Beton-Verbundbrücken. Im Februar 2016 gewann die Sweco GmbH einen Wettbewerb mit dem Ziel der Konzeption eines innovativen Brückenbausystems zur Beschleunigungvon Ersatzneubauten. Das entwickelte System besteht aus einem integralen Stahl-Beton-Verbundrahmen aus Vollfertigteilen. In der Masterthesis wird die Erweiterbarkeit des Systemsin Breite und Länge geprüft. Dazu wird zunächst der Stand des Wissens in Hinblick auf den Einsatz von Vollfertigteilen im Stahl-Beton-Verbundbrückenbau dokumentiert und mit dem von der Sweco GmbH entwickelten System verglichen. Infolgedessen wird die Innovativität des Systems ersichtlich. Zur Erweiterung des Systems in der Breite werden unterschiedliche Möglichkeiten auf ihre Eignung geprüft und die beste Variante überschlägig berechnet. Für die Erweiterung in der Länge wird ein Konzept für die Ausbildung einer integralen Mittelstütze und des darüber befindlichen Knotens entwickelt, beschrieben und für unterschiedliche Stützweitenverhältnisse überschlägig nachgewiesen. Es wird ein zweifeldriger integraler Rahmen hergestellt. Dabei werden die Längsträger der einzelnen Felder in einen Querträger eingehängt und somit kurzgeschlossen. Das Stielmoment wird über eine vertikale Verspannung mit Gewindestangen aufgenommen. Durch den vollständigen Einsatz von Vollfertigteilen, fallen auf der Baustelle keine Schweißarbeiten an. Das vorliegende System sowie die entwickelte Konstruktion werden bewertet und der weitere Untersuchungsbedarf aufgezeigt. Dabei zeigt sich, dass das vorliegende System dazu in der Lage ist die Bauzeiten auf der Baustelle und die damit einhergehende Beeinträchtigung des Verkehrs nachhaltig zu reduzieren. Ferner kann die in der Masterthesis entwickelte Konstruktion der integralen Mittelstütze als erster Ansatz für die Lösung einer neuartigen Problemstellung angesehen werden.
2016
Vergleich der Berechnungsverfahren für biegedrillknickgefährdete Bauteile nach Eurocode 3, Boris Kiel
Stahlbau. Was hat man vor Augen, wenn man diesen Begriff hört? Die meisten werden, ob bewusst oder nicht, unweigerlich an schlanke Stützen und hohe Spannweiten denken. Mit dieser Vorstellung als Ansporn versucht man als Ingenieur/-in natürlich alles aus seinen Bauteilen rauszuholen. Wäre da nicht das Problem, dass Bauteile mit Druckbelastung in der Regel schon schlappmachen, bevor „alles“ ausgenutzt ist; das klassische Stabilitätsversagen. Da Stahlträger als verdrehte und verkrümmte Bündel jedoch unabhängig von Schlankheit und toller Optik kaum zu gebrauchen sind, gilt es nachzuweisen, dass dieses Stabilitätsversagen nicht eintritt. Und damit das nicht zu trivial wird, gibt es neben dem reinen Knicken bei Druckbelastung noch das Biegedrillknicken und alles dazwischen obendrauf. Um den Tragwerksplaner nicht ganz alleine mit dem Problem zurückzulassen, hat die DIN EN 1993 gleich vier Verfahren hierzu parat, die nicht nur alle ihre eigenen methodischen Grundlagen und Bedingungen zur Anwendung haben, sondern auch noch himmelweite Unterschiede an die Ansprüche an den Anwender stellen. Von Näherungsverfahren mit Beiwerten, über den Ansatz von Vorverformungen bis hin zu nichtlinearen Simulationen von Fließzonen wird alles angeboten. So ist schnell klar, dass man in der Praxis daran interessiert ist, einige Informationen darüber zu erhalten, welches der Verfahren im jeweiligen Fall nun die wirtschaftlichsten Ergebnisse liefert; wenn möglich auch ohne den Arbeitsaufwand sofort explodieren zu lassen. Die vorliegende vergleichende Untersuchung der Berechnungsverfahren für biegedrillknickgefährdete Bauteile setzt hier an und behandelt Werkzeuge, Hilfsmittel und Verfahren der Nachweisführung. Hierzu wird einleitend untersucht, ob und welche Unterschiede diverse branchenübliche Berechnungsprogramme hinsichtlich der maßgebenden Einflussfaktoren für das Biegedrillknicken aufweisen. Auf dieser Grundlage werden dann repräsentative Profile mit verschiedenen Schlankheiten und Belastungen mit den zulässigen Nachweisverfahren bemessen, um eine Aussage darüber zu treffen, für welche Fälle sich welches Verfahren eignet, um die wirtschaftlichsten Ergebnisse zu erzielen, damit im Bauwesen der Stahl auch weiterhin nicht nur dazu genutzt wird, um Beton zusammenzuhalten.
Berücksichtigung von Probebelastungen bei der Nachrechnung eines Brückenbauwerkes am Beispiel der Fuldatalbrücke Bergshausen, Andre Lauterbach in Kooperation mit WTM Engineers GmbH
Durch die Einführung der „Richtlinie zur Nachrechnung von Straßenbrücken im Bestand (Nachrechnungsrichtlinie)“ sind dem Ingenieur einheitliche Standards zur Bewertung bestehender Straßenbrücken zur Hand gelegt worden. Das stufenbasierte Nachweisformat der„NaRili“ sieht in Nachweisstufe 3 Probebelastungen im Gebrauchslastbereich vor. In Kooperation mit den WTM Engineers GmbH Hamburg befasst sich diese Abschlussarbeit mit der Auswertung der am Bauwerk durchgeführten Messungen gemäß Nachrechnungsstufe 3.
Im Verlauf der Autobahn 44 überquert die Fuldatalbrücke Bergshausen das Fuldatal in der Nähe von Kassel. Es handelt sich um eine rund 700 m lange Stahlfachwerkbrücke. Ausgeführt wurde die Brücke als mehrfeldrige Fachwerkbrücke mit orthotroper Fahrbahnplatte.
Bei bisher durchgeführte Bauwerksprüfungen konnten bereits erhebliche konstruktive Mängel am Bauwerk festgestellt werden. Es zeigten sich vorwiegend Risse an der orthotropen Platte, die Instandsetzungsmaßnahmen unabdingbar machten. Eine genauere Betrachtung der vorliegenden Schäden soll Aufschlüsse über mögliche Ursachen geben.
Die Nachrechnung des Brückenbauwerks erfolgte anhand eines numerischen Simulationsmodells. Die Eingabe erfolgte mittels des Programms „SOFiSTiK“. Die Arbeit gibt dabei einen kurzen Überblick über das FE-Modell.
Für die Messungen wurden Dehnungsmessstreifen (DMS) an unterschiedliche Bauteilgruppen appliziert. So lassen sich Dehnungen an den einzelnen Bauteilen genau erfassen und können somit zu einer Einschätzung des Lastabtrags im Bauwerk herangezogen werden. Die Auswertung der Messungen wird näher erläutert und darauf aufbauend ein Abgleichmit dem FE-Modell vorgenommen.
Aus den daraus gewonnenen Ergebnissen werden eine Reihe möglicher Einflussfaktoren auf die Auswertung betrachtet und anschließend eine Validierung des Finite-Element Modells vorgenommen.
Bemessung von gleichförmigen mehrteiligen Druckstäben, Meike Haneklaus in Kooperation mit Fa. Verheyen-Ingenieure GmbH & Co. KG
Das Abstract wird in Kürze hinzugefügt!
Durchgängige Digitalisierung vom Planungs- in den Fertigungsprozess am Beispiel der Einführung von Strukturschweißen in Siemens NX, Sven Rudolph / FH Mainz
Das Abstract wird in Kürze hinzugefügt!
Bauwerksentwurf für die Straßenüberführung über die DB (BW1)und die angrenzenden Stützwände (BW2 und BW3) für den Neubau der Ortsumgehung Hochstetten-Dhaun im Zuge der B 41, Daniel Sauer / FH Mainz
Das Abstract wird in Kürze hinzugefügt!
Anpassung der biegesteifen Stirnplattenanschlüsse der Typisierten Verbindungen im Stahlhochbau an den Eurocode 3, Anika Thunecke
Das Abstract wird in Kürze hinzugefügt!