Markus Porsch

Lasteinleitung bei ausbetonierten Hohlprofil‐Verbundstützen

Verbundstutzen aus ausbetonierten Hohlprofilen werden seit einigen Jahren verstarkt im Geschos- und Hochhausbau eingesetzt. Die Wirtschaftlichkeit wird dabei in hohem Mase durch die Ausbildung der Krafteinleitungsbereiche bestimmt. Es wird uber neuere Forschungsarbeiten und umfangreiche experimentelle Untersuchungen berichtet, die die Umschnurungswirkung des Stahlrohres im Lasteinleitungsbereich wesentlich starker als bisher berucksichtigen. Die entwickelten Modelle stellen die Grundlage fur die Bemessungsregeln fur Lasteinleitungsbereiche von Hohlprofil-Verbundstutzen in prEN 1994-1-1 und DIN 18800-5 dar. (© 2004 WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim) Load introduction in composite columns with concrete filled hollow sections. Composite columns with concrete filled hollow sections combine the advantages of steel and concrete in compression members in an outstanding way, so that they become more and more popular in high rise and multi-storey buildings. The paper reports about new research and experimental studies, which led to new design models taking into account the effect of partially loaded area and the effect of the restraint by the hollow section. The presented models are the basis for the design rules for the load introduction in composite columns with concrete filled hollow sections in prEN 1994-1-1 and DIN 18800-5.

Lageraustausch an den Stabbogenbrücken im Zuge der BAB A1 über den Dortmund‐Ems‐Kanal bei Ladbergen

Behandelt werden Schaeden an den Lagern der Stabbogenbruecke ueber den Dortmund-Ems-Kanal in Zuge der BAB A1 bei Ladbergen und deren Beseitigung durch Austausch der Lager. Bei der ersten Hauptpruefung stellte man einen uebermaessigen Verschleiss der PTFE-Scheiben der Kalottenlager und eine ueberdurchschnittliche Verringerung der Gleitspalte fest. Zudem hoerte man schon seit Fertigstellung des Bauwerks knarrende Geraeusche, ausgehend von den Kalottenlagern. Um die Ursachen fuer die Schaeden zu ergruenden, wurden umfangreiche Bauwerksuntersuchungen zu den tatsaechlich auftretenden Gleitbewegungen und theoretische Untersuchungen durchgefuehrt. Es stellte sich heraus, dass die langsam ablaufenden Verdrehungen der Lager infolge Temperatur als nicht ursaechlich fuer die Schaeden anzusehen waren. Als massgeblich erwiesen sich die aus den Einwirkungen aus Verkehr hervorgerufenen Lagerbewegungen und die daraus waehrend der Nutzungszeit resultierenden akkumulierten Gleitwege. Theoretische Untersuchungen zeigten, dass die ermittelte rechnerische Lebensdauer der Kalottenlager mit 11 Jahren deutlich unter der in der Regel anzunehmenden Lebensdauer von 25 Jahren lag. Zur Instandsetzung des Lagerungssystems wurden die Kalottenlager gegen neue Kalottenlager mit neu entwickeltem Gleitflaechenmaterial (MSM) ausgetauscht und die Festlager mit rund umlaufender Anschlagsflaeche aus demselben Material versehen. Bei den schadhaften Lagern bestand die Gleitpaarung an den Anschlagflaechen noch aus Stahl-Stahl. Zudem wurden alle weiteren Elastomerlager gegen baugleiche neue Elastomerlager ausgetauscht. Da der vorliegende Anwendungsfall von MSM nicht durch Zulassungen abgedeckt ist, unterzog man das modifizierte Kalottenlager experimentellen Grundsatzuntersuchungen, die auch Ermuedungsversuche im Hinblick auf die Kontaktpressungen des MSM einschlossen. Untersuchungen an den ausgebauten Kalottenlagern zeigten eine deutliche Dickenabnahme der PTFE-Scheiben, insbesondere zum Rand hin. Daraus kann geschlossen werden, dass sich die inneren Lagerbereiche dem Lastabtrag entzogen hatten. Anhand der ermittelten Defizite der Lager sollten die Regelwerke ueberarbeitet werden, um die Auswirkungen des Lagerverschleisses zu begrenzen. ABSTRACT IN ENGLISH: The bowstring bridges over the Dortmund-Ems canal in the lane of the highway A1 near Ladbergen showed after a short period a frictional wear of the sliding material of the spherical PTFE bearings. In addition creaking noises occurred at the fixed bearings. In the past the bearings of comparable bridges showed a similar behaviour and comparable damages. Therefore the road administration decided to perform a detailed research program in combination with in situ measurements at the bridge in order to clarify the cause of the damage and the short design life of the bearings. The paper gives an overview of the measurements and the research work. Based on the results of special tests, performed at the University of Wuppertal, and the new insights due to the measurements a modified fixed spherical bearing was developed, where the contact area for the horizontal fixing is made of ultra-high-molecular-weight polyethylene (UHMWPE). (A)

Lifetime Oriented Design Concepts of Steel-Concrete Composite Structures Subjected to Fatigue Loading

In current national and international standards for composite structures of steel and concrete the determination of the ultimate load capacity and the fatigue life of headed shear studs takes place with separate and independent verifications at the ultimate limit state, serviceability limit state and fatigue limit state. The fatigue resistance is verified in accordance with the design concepts for steel structures, based on nominal stress ranges and linear damage accumulation according to Palmgren and Miner. The effect of pre-damage due to fatigue loading on both the ultimate and the serviceability limit state is not considered. Because cyclic loading of headed shear studs leads to a decrease of static strength of stud connectors, the assumptions for independent limit states are not given and the reliability index of steel-concrete composite structures subjected to fatigue loading may fall below the target values in codes. This paper is dealing with the results of a comprehensive programme of experimental work with more than 90 standard EC4-push-out test specimens and two full scale-beam tests which consider the crack propagation through the stud foot and the local damage of concrete surrounding the studs resulting from high cycle loading. Based on the results of the push-out tests, new design concepts were developed to predict the fatigue life and the residual strength of headed shear studs after high cycle loading. Considering the interaction between the local damage and the behaviour of the global structure, these research results were taken as the basis to simulate the cyclic behaviour of composite beams by means of a new damage accumulation rule.

Steel-Concrete Composite Bridges Subjected to Fatigue Loading

In current national and international standards of composite structures of steel and concrete the determination of the ultimate load capacity and the fatigue life of headed shear studs takes place with separate and independent verifications at the ultimate limit state, serviceability limit state and fatigue limit state. The effect of pre-damage due to fatigue loading is not considered. This paper deals with the results of a comprehensive program of experimental work with more than 90 standard EC4-push-out test specimens and two full scale-beam tests which consider the crack propagation through the stud foot and the local damage of concrete surrounding the studs as relevant consequences of high cycle loading. Based on the results of the push-out tests, new design methods were developed to predict the fatigue life and the residual strength of headed shear studs after high cycle loading. Considering the interaction between the local damage and the behaviour of the global structure, these research results were taken as the basis to simulate the cyclic behavior of composite beams.