624 Ingenieurbau und Umwelttechnik
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1. Einleitung
1.1 Hintergrund
„Der Klimawandel und der Umgang mit dessen Folgen ist eine der zentralen Herausforderungen der Menschheit im 21. Jahrhundert“ (S.Weller et al., 2016).
Seit Beginn der Industrialisierung kommt es zu einem starken Anstieg der Treibhauskonzentration in der Atmosphäre, welcher durch die erhöhte Nutzung fossiler Brennstoffe, die Ausweitung der industriellen Produktion sowie der Viehzucht und die damit einhergehende Abholzung
vieler Wälder geschuldet ist (Umweltbundesamt, 2021). Durch den Klimawandel kommt es neben der Zunahme von Hitzewellen und Trockenphasen ebenfalls zu einem Anstieg von extremen Starkregenereignissen, bei denen intensive Niederschläge in kürzester Zeit auftreten. Der Grund für die Zunahme an Starkregenereignissen ist die globale Erwärmung, da diese eine stärkere Verdunstung und einen höheren Feuchtigkeitsgehalt in der Luft bewirkt. Seit Beginn der
flächendeckenden Wetteraufzeichnungen im Jahre 1881 ist ein stetiger Anstieg der Temperatur zu verzeichnen. Im Vergleich zum Zeitraum 1881-1920 war die vergangene Dekade (2011-2020) 2 Grad Celsius wärmer (Kasper et al. September, 2021). Während Dürren als Konsequenz von längeren Trockenzeiten zu erwarten sind, kommt es durch die Starkniederschläge und einhergehende Überlastung der Kanalnetzte häufiger und intensiver zu flussbedingten
Überschwemmungen und Sturzfluten (Brasseur et al., 2016). Charakteristisch für Sturzfluten ist das Auftreten in urbanen und gebirgigen Gebieten, sowie kurze Vorlaufzeit und hohe Fließgeschwindigkeiten. Auf Grund der kurzen Vorlaufzeit ist es problematisch die Bevölkerung rechtzeitig vor den Gefahren zu warnen und präventive Maßnahmen einzuleiten (Brasseur et
al. 2016, 97–98). Es ist notwendig realitätsnahe und kurzfristige Niederschlags- und Überflutungsvorhersagen treffen zu können. Dies ermöglicht es, die Bevölkerung rechtzeitig vor drohenden Gefahren durch Sturzfluten oder Überschwemmungen zu warnen und zu schützen.
Energieeinsparung und Ressourcenschonung werden gerade vor dem Hintergrund der aktuellen politischen, wirtschaftlichen und klimakritischen Situation auch global betrachtet immer wichtiger. In diesem Zusammenhang bietet besonders der Bestandsgebäudebereich ein großes Einsparpotential. Neben der Reduzierung der Heizwärmeverluste
durch eine gute thermische Gebäudehülle und effizienter Anlagentechnik, kann auch durch Einregulierung der Heizungsanlage durch einen hydraulischen Abgleich einiges an Wärmeenergie eingespart werden. Durch eine raumweise Heizlastberechnung aus der sich exakt die zur Raumerwärmung erforderlichen Durchflussmengen ermitteln lassen, können durch geeignete Thermostate in Kombination mit geregelter Hocheffizienzpumpentechnik die erforderlichen Wärmemengen optimiert und dadurch Wärmeverluste reduziert werden.
Das Vorgehen bei der Durchführung eines hydraulischen Abgleichs soll anhand einer geeigneten Lernsituation mittels eines Schulungsstandes (Wilo-Brain-Box) den Studierenden praktisch nahegebracht werden.
Kurzfassung
Gegenstand der hier vorgestellten Arbeit ist die Untersuchung des Einflusses der Modellbildung auf die rechnerischen Ermüdungsnachweise orthotroper Fahrbahnplatten. Dazu wurde eine orthotrope Fahrbahnplatte, die den geltenden Konstruktionsempfehlungen entspricht, mit der Software SOFiSTiK als Stabwerksmodell, Stabwerksmodell mit Schalendeckblech (kombiniertes Modell) und FE-Modell modelliert. Anschließend wurden Ermüdungsnachweise mit den Ermüdungslastmodellen (ELM) 3 und 4 für zwei Konstruktionsbereiche berechnet.
Die Ergebnisse zeigen eindeutig, dass die Modellbildung Einfluss auf die Ergebnisse der Ermüdungsnachweise für die in dieser Arbeit ausgewählte Konstruktion hat. Für möglichst genaue und plausible Nachweisergebnisse ist die Anwendung des FE-Modells in Kombination mit dem ELM 4 zu empfehlen. Ein erster grober Überblick über die Ermüdung orthotroper Fahrbahnplatten kann jedoch mit allen Berechnungsmodelle und unter Anwendung von ELM 3 erzielt werden. Entgegen den normativen Vorgaben wird in An-betracht der Ergebnisse die Durchführung von Ermüdungsnachweisen auch für Neubauprojekte empfohlen.
Schlagwörter: Modellbildung, Ermüdungsnachweis, orthotrope Fahrbahnplatten, Brü-ckenbau
Die vorliegende Bachelorarbeit im Fachbereich Bauingenieurwesen beschäftigt sich mit der Verdrehbarkeit von gelenkigen Anschlüssen im Stahlhochbau. In der Praxis und Literatur des Stahlbaus treten verschiedene gelenkige Anschlusskonstruktionen in Erscheinung, die ohne ausreichende Nachweise als gelenkig bezeichnet werden. Ein
Grund für die Annahme einer gelenkigen Verbindung ist, dass in der Literatur zu Anschlüssen im Stahlbau und in der DIN EN 1993-1-8: Bemessung von Anschlüssen die Nachweise der Gelenkeigenschaften und somit der Verdrehbarkeit von vermeintlich gelenkigen Anschlüssen nicht eindeutig anwendbar sind. Das Ziel dieser Bachelorarbeit ist es zu ermitteln, ob verschiedene, vorgeblich gelenkige Anschlüsse, tatsächlich Gelenkeigenschaften aufzeigen. In einem weiteren Schritt werden vereinfachte Methoden entwickelt, um eine Verdrehbarkeit und Gelenkwirkung der Anschlussvarianten nachzuweisen.
Zunächst werden Beispielaufgaben aus Literaturquellen von verschiedenen Autoren zusammengestellt und im Hinblick auf die Qualität und Vollständigkeit ausgewertet.
Dazu werden eigenständig Kriterien ausgewählt. Die Bewertung anhand der Kriterien erfolgt zuerst je einzelnem Beispiel, um anschließend in einem zweiten Schritt alle Beispielaufgaben zu vergleichen, sodass Vor- und Nachteile erkennbar sind. Die Beispiele umfassen Anschlüsse mit Stirnplatte, Fahnenblech, Doppelwinkel und Knaggen sowie Trägerstöße.
Ein weiterer Teil der Literaturrecherche ist die Erfassung der vorhandenen Nachweismethoden der Verdrehbarkeit von gelenkigen Anschlüssen im Stahlbau. Für die Erfassung liegen zwei Herausgaben der European Convention for Constructional Steelwork (ECCS) über die Ausführung von Anschlüssen im Stahl- und Verbundbau und Konstruktionsempfehlungen von gelenkigen Stahlanschlüssen vor. Zudem werden die Nachweise der Verdrehbarkeit aus diesen Veröffentlichungen in der Stahlbaufibel aufgegriffen und erweitert. Die Unklarheiten und Anwendungsgrenzen der vorhandenen Methoden aus [4, 5, 6] werden hervorgehoben. Weiterhin wird die Klassifizierung von Anschlüssen nach untersucht.
Die Literaturrecherche und Auswertung wird abgeschlossen, indem eine Überprüfung der ausreichenden Gelenkeigenschaften der zusammengestellten Beispielaufgaben erfolgt. Hierzu werden die vorhandenen Nachweismethoden der Verdrehbarkeit auf die jeweiligen Anschlusskonstruktionen angewendet.
Die Analyse der vorhandenen und die Entwicklung von vereinfachten Methoden zum Nachweis der ausreichenden Verdrehbarkeit von gelenkigen Anschlüssen bilden den Hauptteil dieser Bachelorarbeit. Die Untersuchung der Prinzipien und Mechanismen, auf denen die existierenden Nachweismethoden aufbauen, dient als Grundbaustein für
die Entwicklung neuer vereinfachter Methoden, um ausreichende Gelenkeigenschaften und Verdrehbarkeit überprüfen zu können.