Brückenbau, Ermüdung und Wasserstraßenbau

In der Juniausgabe reicht das Spektrum der im Peer-review-Verfahren begutachteten Artikel von der Planung und Ausführung einer Extradosed-Brücke in Nürnberg über die Verstärkung von Stahlbauteilen durch Formgedächtnislegierungen bis hin zu Entscheidungsprozessen für die Instandsetzung von Schleusenanlagen.

Overfly als Extradosed Brücke. Grafik: Bung AG/Klähne Bung GmbH.

Hier die Übersicht der wissenschaftlich begutachteten und freigegebenen Fachaufsätze („reviewed papers“) aus dem Bauingenieur 06|2024, jeweils mit einer Zusammenfassung und Stichworten sowie DOI-Link.

Übrigens finden Sie eine Liste mit zahlreichen nützlichen Abkürzungen aus der Baubranche (samt Erklärungen) zum Nachschlagen und Ausdrucken in unserer Online-Rubrik Wissen.

Brückenbau

Planung und Ausführung der neuen Extradosed-Brücke in Nürnberg

Im Bereich des Autobahnkreuzes Nürnberg-Ost zwischen der Autobahn A9 und A6 wurde ein Rampenbauwerk mit einer Länge von 588 m geplant. Das Brückenbauwerk ist eine Extradosed-Brücke, die aus Gründen der Aufrechterhaltung des Verkehrs während der Herstellung und der Durchlässigkeit und Sicherheit des Knotens eine in Deutschland außergewöhnliche technische und gestalterische Lösung für ein Rampenbauwerk darstellt. Das Bauwerk wird im Taktkeller vormontiert und mit den Kabeln ausgestattet und taktweise längs eingeschoben. Im Beitrag wird neben dem Entwurf und der Montage über tragwerksplanerische Punkte berichtet.

doi.org/10.37544/0005-6650-2024-06-31

Ermüdung

Verstärkung ermüdungsgeschädigter Stahlbauteile mittels geschweißter eisenbasierter Formgedächtnislegierungen

Herrn Prof. Dr.-Ing. habil. Hartmut Pasternak zum 70. Geburtstag gewidmet

Die grundsätzliche Eignung geschweißter eisenbasierter Formgedächtnislegierungen (Fe-SMA) zur Verlängerung der Restnutzungsdauer von Stahlbauteilen mit Ermüdungsrissen wurde in ersten experimentellen Untersuchungen analysiert. Dazu wurden kompakte Zugproben (CT) aus einem 12 mm dicken Stahlblech gemäß ASTM-E647 hergestellt und zunächst zur Erzeugung eines 40 mm langen Risses zyklisch belastet. Anschließend wurden Streifen aus einer Fe-SMA beidseitig über den Risspositionen aufgeschweißt. Beim Schweißen an bereits geschädigten Bauteilen ist besondere Vorsicht und sorgfältige Planung geboten. Trotz des kontraintuitiven Einbringens von weiteren Schweißkerben in ein bereits ermüdungsgeschädigtes Bauteil wurden diese ersten Untersuchungen aus zwei Hauptgründen angestrebt. Zunächst sollten für neuartige Ertüchtigungsmaßnahmen alle denkbaren Verbindungsmethoden untersucht werden also neben dem Kleben und einer mechanischen Verankerung auch das Schweißen. Daneben sollte experimentell untersucht werden, dass unter den erwartbaren Versagensmodi Nahtwurzel, Nahtübergang zum Fe-SMA und Nahtübergang zum Grundmaterial nicht letzterer maßgebend wird. Der Artikel soll einen Beitrag zum theoretischen Verständnis von Fe-SMA liefern und die grundsätzliche Eignung der Verbindung der Fe-SMA mittels Schweiße bei begrenzter Restnutzungsdauer untersuchen. Ein Teil der Proben wurde zur Aktivierung der Fe-SMA erhitzt, um eine Vorspannung zu erzeugen. Die Proben wurden erneut einer zyklischen Belastung mit konstanter Amplitude ausgesetzt, während der das Risswachstum überwacht wurde. Spannungskonzentrationen am Riss konnten wirksam reduziert werden, wodurch an den untersuchten CT-Proben eine verlängerte Restlebensdauer erreicht werden konnte. Die Versagensmodi der experimentellen Untersuchungen bestätigen, dass bei entsprechender Konstruktion und Dimensionierung keine weitere maßgebende Kerbe in direkter Umgebung des ursprünglichen Schadens in das bereits geschädigte Ausgangsbauteil eingebracht wird. Die grundsätzliche Eignung der bewährten Verbindungstechnik Schweißen für derartige Verstärkungsmaßnahmen konnte gezeigt werden. Künftig sind die nicht abschließend untersuchten Fragen hinsichtlich Optimierung der Schweißnahtgeometrie, Dimensionierung und Form der Fe-SMA mit zugehöriger Aktivierungstemperatur weiter zu untersuchen. Daneben sind vor allem die sich ergebenden Fragen für die Anwendung, zum Beispiel bezüglich Dichtheit und Reduzierung des Kerbfalls des Ausgangsbauwerk, vor dem Hintergrund der begrenzten Restnutzungsdauer des bereits geschädigten Bauteils zu untersuchen und entsprechende Empfehlungen zu erarbeiten.

doi.org/10.37544/0005-6650-2024-06-40

Wasserbau

Entscheidungsprozess für die Auswahl von Instandsetzungsverfahren am Beispiel der Instandsetzung von Schleusenanlagen unter Betrieb

An deutschen Infrastrukturbauwerken besteht großer Instandsetzungsbedarf, der Betreiber vor große Herausforderungen stellt. Zur systemkritischen Infrastruktur gehören auch Einkammerschleusen, die von der Wasserstraßen- und Schifffahrtsverwaltung (WSV) betrieben werden. Aktuell müssen diese für eine Instandsetzung für mehrere Jahre trockengelegt werden, was zu erheblichen Einschränkungen der Schifffahrt führen würde. Deswegen werden in einem WSV-Projekt Instandsetzungsmaßnahmen für den laufenden Betrieb entwickelt. Um Infrastrukturbauwerke auch in Zukunft langfristig sicher nutzen zu können, wird es entscheidend sein in anstehenden Projekten geeignete Instandsetzungsverfahren auszuwählen. In diesem Beitrag wird die Entwicklung eines Entscheidungsprozesses beschrieben, der vielseitig für Entscheidungsprobleme mit Baubezug eingesetzt werden kann. Anhand eines Entscheidungsunterstützungssystems (EUS) für die Auswahl von Instandsetzungsverfahren für Einkammerschleusen unter laufendem Betrieb wird gezeigt, wie dieser Prozess praktisch umgesetzt werden kann. Die Grundsätze des Choosing by Advantages Decision Making System (CBA) bilden die Basis.

doi.org/10.37544/0005-6650-2024-06-51

Erdbeben

Vergleich seismischer Schnittgrößen aus CMS und UHS für ein Gebäude in zwei Ausführungen

In diesem Beitrag werden die seismischen Schnittgrößen eines Verwaltungsgebäudes mit den Verfahren der Conditional Mean Spectra (CMS) und der Uniform Hazard Spectra (UHS) berechnet und verglichen. Das Gebäude wird in zwei Ausführungen untersucht: einmal als Stahlbetongebäude und einmal als Gebäude in Holz-Stahlbeton-Mischbauweise. Durch die Auswahl soll die Gültigkeit der Untersuchungsergebnisse für die verschiedenen Baustoffe geprüft werden. Im Mittel zeigen die Berechnungen bei Anwendung CMS geringere Schnittgrößen als bei Anwendung UHS. Die Differenz ist jedoch im Vergleich zu Literaturangaben für Gebäude geringer. Für das Stahlbetongebäude wurde sowohl eine lineare als auch nichtlineare Zeitverlaufsanalyse durchgeführt, letztere zeigte größere Unterschiede bei den Verformungen. Darüber hinaus wurde die praktische Anwendung der Verfahren im Ingenieurbüro mit verschiedenen Softwarelösungen geprüft.

doi.org/10.37544/0005-6650-2024-06-59