620 Ingenieurwissenschaften
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Institut
Smart im Quartier
(2019)
Wenn die Energiebilanz eines Gebäudes über den Lebenszyklus betrachtet wird, ist neben einem energieeffizierenten Gebäudebetrieb die graue Energie der Baukonstruktion und die lange Lebensdauer der eingesetzten Baustoffe relevant. Von Bedeutung sind zudem die bauphysikalischen Eigenschaften des Materials, von denen abhängt, ob passive Maßnahmen zum Komfort ausreichen oder ob ein höherer technischer Aufwand erforderlich ist, der weitere Energieverbräuche in Herstellung und Nutzung nach sich zieht. In Forschungsprojekt "Variowohnen" wurden die Bauteile hinsichtlich ihrer technischen, ökologischen und ökonomischen Performance über den Lebenszyklus betrachtet und mit alternativen Ausführungsvarianten verglichen.
Alles im Blick?
(2020)
Oftmals bleiben Probleme oder Zielkonflikte bei der Umsetzung von Energiekonzepten in herkömmlichen Planungsprozessen unerkannt oder werden zu spät entdeckt. Fehlende Abstimmungen oder Missverständnisse unter den Planungsbeteiligten können die Qualität der Ausführung hinsichtlich der energetischen Ziele mindern und Kostensteigerungen sowie Bauzeitverzögerungen nach sich ziehen. Mit einer integralen Planung und Nachhaltigkeitszertifizierung lassen sich Widersprüche frühzeitig erkennen und die Prozesse optimieren. Im Forschungsprojekt "Variowohnungen" wurden unter anderem die Planungsprozesse in Bezug auf die Nachhaltigkeitsanforderungen untersucht.
Klimaschutz und Klimawandel
(2022)
Ein zentrales Qualitätsmerkmal neu gebauter Stadtquartiere sind quartierbezogene, gemeinsam genutzte Innen- und Außenräume sowie materielle Güter oder Serviceangebote zur Erweiterung wohnbezogener Nutzungen. Diese Möglichkeitsräume, in denen sich Bewohner treffen und austauschen können, Ressourcen gemeinsam nutzen und gemeinsam Verantwortung für die Gestaltung des Zusammenlebens übernehmen, sind Grundlage für eine gemeinwohlorientierte, nachhaltige und resiliente Quartiersentwicklung. Ihr Nutzen liegt vor allem in der Stärkung des nachbarschaftlichen Zusammenlebens, daher werden sie hier als „Infrastrukturen des Gemeinsamen“ bezeichnet.
Die Mehrwerte solcher Infrastrukturen, die gemeinsames und gemeinschaftliches Handeln fördern, sind vielfach anerkannt. Neben gemeinschaftsbasierten Wohnungsunternehmen wie Genossenschaften, in denen die Absicht, Wohnen und das Wohnumfeld gemeinsam zu gestalten, stärker ausgeprägt ist, engagieren sich zunehmend auch private und kommunale Unternehmen über die Kernaufgabe Wohnen hinaus, um Infrastrukturen des Gemeinsamen im Quartier zu entwickeln. Dieses Potential unternehmerischer Quartiersentwicklung wird jedoch nicht voll ausgeschöpft, da verschiedene Hemmnisse der Realisierung gegenüberstehen. Der Fokus dieser Untersuchung lag daher auf der Rolle privater Akteure in der Entwicklung neuer Stadtquartiere. Die zentrale Frage war, welche Infrastrukturen des Gemeinsamen können (sich) Wohnungsunternehmen leisten.
Am Beispiel von sechs Projekten unterschiedlicher Wohnungsunternehmen in verschiedenen deutschen Stadtquartieren wurde untersucht, welche Motive für die Entscheidung zur Bereitstellung von Infrastrukturen des Gemeinsamen ausschlaggebend waren, wie der Betrieb gewährleistet wird und wie Kosten und Nutzen bestimmt wurden. Es wurde eine Typologie von Infrastrukturen des Gemeinsamen entwickelt, in der die Funktionen, gestalterische Qualitäten, die Zielgruppen und Zugangsberechtigungen sowie weitere Merkmalsausprägungen dargestellt sind. Diese Typologie kann als Katalog zur Inspiration und für eine Bedarfsbestimmung bei der Entwicklung neuer Quartiere dienen, beispielsweise im Rahmen von Konzeptvergaben.
Die Ergebnisse der Untersuchung zeigen, dass die Sicherung des Betriebs ein wesentlicher Punkt für eine gelingende Bereitstellung von Infrastrukturen des Gemeinsamen darstellt. Daher wurde insbesondere die Vielfalt der Trägerschafts- und Finanzierungsmodelle untersucht, welche die Unternehmen einsetzen. In der Praxis sind häufig Mischformen anzutreffen und ein Trend geht zu einem räumlich übergreifenden Quartiersmanagement, das unterschiedliche Infrastrukturen des Gemeinsamen von verschiedenen Wohnungsunternehmen koordiniert, um Synergieeffekte zu erzielen und u.a. durch Quartierspauschalen finanziert wird.
Die Untersuchung zeigt auch, dass explizite Wirtschaftlichkeitsberechnungen für die beteiligten Wohnungsunternehmen keine oder nur eine untergeordnete Rolle für die Entscheidung zur Bereitstellung von Infrastrukturen des Gemeinsamen spielen. Jedes Wohnungsunternehmen muss zwar wirtschaftlich handeln, doch ist die Berechnung der Wirtschaftlichkeit solcher Infrastrukturen nicht entscheidend. Wichtig ist, wie Entscheidungs- und Planungsprozesse gestaltet sind, so dass eine verlässliche Trägerschaft gebildet werden kann, welche die Refinanzierung der Kosten und zugleich die Sicherung des erwarteten Nutzens gewährleistet. Ein unmittelbarer ökonomische Nutzen für die Unternehmen besteht vor allem darin, dass durch die Bildung von sozialen Netzwerken und die Steigerung der Identifikation von Bewohnerinnen und Bewohnern mit dem Quartier Instandhaltungsbedarfe und Vandalismus reduziert werden und eine geringere Mieterfluktuation den Aufwand für Neuvermietungen senkt.
Die Unternehmen treffen ihre Entscheidungen vor allem im Hinblick auf die Unternehmensziele, die bei den untersuchten Unternehmen auch eine Gemeinwohlorientierung beinhalten. Das Vorhandensein und der Aufbau von strategischen Ressourcen, wie Erfahrungswissen, Organisationsstrukturen, sozialer Zusammenhalt, Eigenverantwortung und Identifikation der Bewohnenden sowie Image des Quartiers, spielen für die Entscheidungsprozesse und den erfolgreichen Betrieb von Infrastrukturen des Gemeinsamen eine zentrale Rolle.
Structural Health Monitoring (SHM) of civil engineering structures is experiencing an increasing progress in the last decades. The present work focuses on the static behavior of a highway bridge due to environmental temperature effects. The goal of the present study was to test the applicability of the satellite-based synthetic aperture radar interferometry (InSAR) for deformation monitoring of a large, curved highway bridge and to compare the obtained results with alternative measurement techniques like classical geodesy surveying and with an advanced computer simulation. Such a comparison is quite rare and provides an important insight into the accuracy, efficiency and limitations of the InSAR technique in the context of SHM. Especially interesting was the question whether the InSAR technique is suitable for blind monitoring of a cluster of bridges in the region of interest. The present study shows that a pre-knowledge about each structure can be very important for a reliable interpretation of the InSAR measurement results. The second challenge of the study was to overcome several objective difficulties of combining and comparing quite different monitoring techniques that result from different sampling rates, measurement points and other specific features and sensitivities. Nevertheless, a suitable approach has been developed and implemented in the present study for the InSAR and total station measurements, providing new results and important knowledge about novel SHM techniques.
Die Kunst der Diagnose
(2023)
The study included six bitumens, one unmodified and five modified, and their corresponding asphalt mixtures. The first bitumen was the base bitumen and further five variants were made by the authors using the same base bitumen and different combinations of modifiers which included styrene-butadiene-styrene (SBS), Fischer–Tropsch wax (FTW), ethylene vinyl acetate (EVA), reactive elastomeric terpolymer (RET), and natural asphalt (NA). The influence on the fatigue life of bitumen and asphalt due to modification, bitumen rheology, preload, water storage, and aging was studied. A new temperature range was developed—the fatigue-relevant temperature range (FRTR) for specifying fatigue test temperatures for bitumen and asphalt. A new methodology that includes preload and water storage was also done to study the active adhesion behavior between bitumen and aggregates and its influence on fatigue life. Overall, modifications showed positive influence on the fatigue behavior of bitumen and asphalt. Variants E (SBS and RET) and F (SBS and NA) showed the greatest positive influence with an increase in the fatigue life by 500% and 210% for bitumen and 200% and 375% for asphalt respectively. With water storage, the fatigue life reduced by 500% for unmodified asphalt and in the range of 333–1350% for modified ones. Due to aging, the fatigue life reduced from 700% for unmodified and between 700% and 2500% for modified asphalt mixtures.
Aufgrund von starken Belastungen durch den Zugverkehr mussten auf einer Eisenbahnüberführung (EÜ) mit schwierigen betrieblichen und gleisgeometrischen Rahmenbedingungen Schienenstützpunkte (SSP) saniert werden. Die ursprünglich mit dem elastischen Schienenbefestigungssystem ECF (Elastic Clip Fastener) versehenen SSP, welche in den Überhöhungsbereichen mit einem Polymerbeton untergossen sind, wurden durch die Kombination eines von thyssenkrupp speziell entwickelten Präzisionsstahlhöckers (PSH) mit dem Schienenbefestigungssystem ECF ersetzt. In einem Pilotversuch konnten Erkenntnisse über die Wirksamkeit des neuen Systems ermittelt werden.
In vielen Ländern mit hochbelasteten Verkehrsinfrastrukturen ist Bauen mit vorgefertigten Modulen anerkannter Stand der Technik und wird stetig eingesetzt. In der Regel sind es Überbauten mit einem einzelligen Stahlbetonhohlkasten, die, in Segmente aufgeteiltm vor Ort meist im Freivorbau zusammengefügt und mit externen Spanngliedern zusammengespannt werden. Modulbauweisen im Verbundbau sind die Ausnahme, bieten aber gegenüber dem Spannbeton in der Herstellung, beim Transport und der Montage erhebliche Vorteile, da die Fahrbahnsegmente auf die Längsträger einfach aufgelegt werden können. Mit der vorstellten VSM-Bauweise können robuste Überbauten vin Ein- und Mehrfeldbauwerken in kürzester Bauzeit mit geringster Verkehrbehinderung wirtschaftlich realisiert werden.
Im Zuge der Hochwasserschutzmaßnahmen entlang der Salzach wird für die Überführung der Straße von Zell am See nach Kaprun eine neue Brücke mit größerer Stützweite notwendig. Der Ersatzneubau dieser Brücke über die Salzach ist ein Trogbauwerk in Verbundbauweise. In Querrichtung werden π-Platten mit externer Bewehrung gewählt, um eine große Schlankheit und eine schnelle Bauzeit zu ermöglichen. Die externe Bewehrung der Platten wird feuerverzinkt ausgeführt.
Rahmenbrücken in Verbundbauweise werden mit Spannweiten von über 60 m ausgeführt. Bisher wurde der Spannweitenbereich über 40 m aus VFT-Trägern mit geschweißten Trägern realisiert. Walzträger der Güte S460M sind in diesem Spannweitenbereich eine gestalterisch gute Alternative, bergen ein großes Einsparpotenzial im Konstruktionsstahl und bieten eine hohe Flexibilität in Hinblick auf die Schlankheit. Durch die großen Steg- und Flanschdicken sind dei VFT-Träger sehr robust. Der Aufsatz beschreibt die Konstruktion und beleuchtet wirtschaftliche und gestalterische Aspekte von VFT-Trägern aus Walzträgern.
Structural assessments of existing older prestressed concrete bridges according to the currently applicable standards and guidelines in Germany generally reveal significant deficiencies in shear reinforcement. Large-scale tests within the scope of research activities commissioned by the Federal Highway Research Institute (BASt) were carried out at TU Dortmund University to analyze the shear load-bearing behavior of continuous prestressed concrete beams in more detail. The Arch Action Model (AAM) was derived from the Simplified Arch Action Model (SAAM) to provide a possible analysis method for determining shear contribution from concrete. Thus, the shear capacity of prestressed beams can be determined in a more realistic manner than using the truss model underlying the current state of standardization. The paper at hand provides information and explanations about the SAAM and AAM with regard to their application to real-world structures for structural bridge assessments.
Integral bridge with RS-Overpass technology : step into the future of standard highway overpasses
(2023)
Starting from Germany, the VFT bridge girder technology (prefabricated composite beam) has spread in several European countries in the last decades as further development of the standard steel-concrete composite solution. Its configuration fits perfectly to integral frame bridges built over existing infrastructure with the scope to minimize the traffic disturbance. In this paper a further development with the focus on cost efficiency in span ranges of 40-55 m is proposed: the RS-Overpass technology. The change consists in using standard rolled sections by adapting them into the integral frame bridge configuration, further enhancing the structural efficiency with the benefits of high-steel strength. The constructive details to achieve the polygonal form have been studied to allow easy fabrication and a maximal clearance height over highway traffic lanes. The RS-Overpass solution is conceived as the economic option of standard highway overpasses, with the aim of a overall construction cost reduction of 5%. The possibility of weathering steel or hot-dip galvanization create the unique offer for a maintenance-free solution.
The introduction of composite dowels (CDs) in Europe at the beginning of the last decade led to the creation of new forms of composite bridges in which a T-profile is used instead of an I-beam. Both the construction and design methods are new [4]. Experiences from the construction of new bridges and discussion between the authors lead to new significant conclusions, which should be included in the new European approval (CEN-TS). The problem of design formulas for concrete dowels is presented.
Composite dowels have opened new possibilities for engineers designing composite structures. The fundamental and most important characteristic of composite dowels is the shape of the cutting line. It is important to understand why only one particular shape of the cutting line is used in bridge engineering, while so many different shapes have been investigated by many researchers. The essential part of the process of developing composite dowels – the development of the shape of the cutting line – is presented in this paper. The influence of the steel web thickness is presented, and technological problems of steel fabrication are highlighted. The role of empirical experience from the first bridges, push-out tests, and finite element simulations is presented. Assumptions for numerical procedures are given. The distinction between the steel failure and concrete failure modes is introduced for composite dowels. The paper presents how the concept of “shape” was divided into “shape,” “ratio,” and finally “size,” and how, because of the fatigue problems in bridges, all the three factors have emerged to result in the form of shapes that can satisfy the requirements for bridges. Research leading to the invention of the first version of the clothoidal shape is presented.
Die Erfindung des Brettschichtholzes durch Otto Hetzer kann zu Recht als Geburtsstunde des Ingenieurholzbaus betrachtet werden. Die Herstellung zusammengesetzter und mittels Leim verbundener Bretter ermöglichte die Herstellung von weitgespannten Holztragwerken bis zu Spannweiten von 40 m. Dadurch wurde der Holzbau wieder konkurrenzfähig gegenüber dem Stahl- und Massivbau. Auch heutzutage existieren noch zahlreiche originalgetreu erhaltene Konstruktionen in Hetzer-Bauweise. Im Sanierungsfall ist eine Einschätzung der Tragfähigkeit erforderlich. Erkenntnisse hierzu können durch Versuche an historischen Bauteilen und Konstruktionen gewonnen werden. Der vorliegende Beitrag beschreibt derartige Untersuchungen zum Trag- und Verformungsverhalten am Beispiel von historischen Brettschichtholzträgern von 1912, die bis 2017 Teil der Dachkonstruktion eines Schulgebäudes waren. Die Ergebnisse zeigen, dass die historischen Brettschichtholzbauteile auch nach mehr als 100 Jahren Standzeit mit modernem Brettschichtholz vergleichbar sind.
Roads overpassing highways or speedways are rather a common case, as such bridges occur in average every 2 km of highways in densely populated areas. Due to the high number and similar boundary conditions, the design and realization tends to be standardized and repetitive. The total length ranges mostly between 40 and 55 m, whereas the construction height is a limiting factor since minimumclearance heights must be guaranteed both for safety as well as for driving comfort. Due to these reasons, highway overpasses have been a field of application where steel-framed composite decks have proventheir efficiency for this task. Starting from Germany, the VFT technology (prefabricated composite beam) has spread in several European countries in the last decades as further development of the standard steel-concrete composite solution. Its configuration fits perfectly to integral frame bridges built over existing infrastructure with the scope to minimize the traffic disturbance. In this paper a further step is proposed: the VFT-RS technology. The change consists in using standard rolled sections by adapting them into the integral frame bridge configuration, further enhancing the structural efficiency with the benefits of high-steel strength. The possibility of weathering steel or hot-dip galvanization create the unique offer of a maintenance-free solution.
Starting from Germany, the VFT® bridge girder technology (prefabricated composite beam) has spread in several European countries in the last decades as further development of the standard steel-concrete composite solution. Its configuration fits perfectly to integral frame bridges built over existing infrastructure with the scope to minimize the traffic disturbance. In this paper a further development with the focus on cost efficiency in span ranges of 40-55 m is proposed: the VFT-RS technology. The change consists in using standard rolled sections by adapting them into the integral frame bridge configuration, further enhancing the structural efficiency with the benefits of high- steel strength. The constructive details to achieve the polygonal form have been studied to allow easy fabrication and a maximal clearance height over highway traffic lanes. The VFT-RS solution is conceived as the economic option of standard highway overpasses, with the aim of an overall construction cost reduction of 5%.