90 Jahre Bautechnikgeschichte (2013) - Ernst & Sohn (Hrsg.) by Ernst & Sohn

2013 90. Jahrgang Dezember 2013 ISSN 0932-8351 A 1556

Bautechnik Zeitschrift f端r den gesamten Ingenieurbau

Sonderheft

90 Jahre Bautechnikgeschichte

Inhalt Bautechnik 90 JAHRE BAUTECHNIKGESCHICHTE

Dirk Jesse Editorial

Norbert Gebbeken Einleitung: Zur Bedeutung der Bautechnik

74 90. Jahrgang Dezember 2013, Sonderheft ISSN 0932-8351 (print) ISSN 1437-0999 (online) Peer-reviewed journal Bautechnik ist ab Jahrgang 2007 bei Thomson Reuters Web of Knowledge (ISI Web of Science) akkreditiert.

Impact Factor 2012: 0,293

www.wileyonlinelibrary.com, die Plattform für das Bautechnik Online-Abonnement

111

Schweißtechnik im Stahlbrückenbau kommentiert von Natalie Stranghöner Gottwalt Schaper Der hochwertige Baustahl St 52 im Bauwesen

Erddrucktheorie kommentiert von Achim Hettler Anton Weißenbach Der Erdwiderstand von schmalen Druckflächen

Entwicklung von Schrägseilbrücken kommentiert von Rainer Saul Wolfhart Andrä, Wilhelm Zellner Zugglieder aus Paralleldrahtbündeln und ihre Verankerung bei hoher Dauerschwellbeanspruchung

Das Taktschiebeverfahren kommentiert von Holger Haug Fritz Leonhardt, Willi Baur Erfahrungen mit dem Taktschiebeverfahren im Brücken- und Hochbau

Membrantragwerke und ihre Prüfmethoden kommentiert von Klaus Saxe Hans-Wolf Reinhardt Zweiachsige Prüfung und Festigkeit von textilen Baustoffen

Kraftfluss in Stahlbetonbauteilen kommentiert von Viktor Sigrist Jörg Schlaich Zum einheitlichen Bemessen von Stahlbetontragwerken

Computerstatik kommentiert von Manfred Bischoff Joachim Scheer Benutzung programmgesteuerter Rechenautomaten für statische Aufgaben, erläutert am Beispiel der Durchlaufträgerberechnung

Faserverstärkte Kunststoffe im Bauwesen kommentiert von Konrad Bergmeister Hans-Peter Andrä, Gert König, Markus Maier Einsatz vorgespannter Kohlefaser-Lamellen als Oberflächenspannglieder

EINLEITUNG

Norbert Gebbeken

Zur Bedeutung der Bautechnik 90 Jahre Bautechnik-Geschichte. Da stellt sich die Frage: Was ist eigentlich Bautechnik? Was umfasst sie? Um sich die Vielfalt der Bautechnik vor Augen zu führen, kann man sich die Bautechnik-Fachgruppen der Länderkammern anschauen. In der Bayerischen Ingenieurekammer Bau gibt es genau elf Fachgruppen, die insgesamt 101 Untergliederungen aufweisen. Diese Vielfalt ist schon beeindruckend. Die Fachgruppen gliedern sich in: Konstruktiver Ingenieurbau und Hochbau, Projekt- und Objektmanagement, Vermessung und Geoinformation, Wasser und Abwasser und Abfall, Verkehrswesen und Raumplanung, Geotechnik, Bauphysik, Technische Ausrüstung, Elektrotechnik, Baubetrieb, Umwelt und Energie. Schaut man sich einmal die Fachbeiträge der „Bautechnik“ über einige Jahre an, so findet man ca. 40 Fachbereiche, die wiederum anders zugeordnet sind als die Fachgruppen der Kammern. Was kann man daraus Man wird am besten zu einer schließen? Eine einheitliche Definition für „Bautechnik“ Erkenntnis gelangen, wenn man die gibt es nicht. Bautechnik ist äußerst vielfältig.

Dinge vom Ursprung her in ihrem Werden und Wachsen betrachtet (ARISTOTELES 384–322 v.Chr.), nach [HANS STRAUB: Geschichte der Bauingenieurkunst, 1975, S. 7].

Ein anderer Zugang zur Erfassung der Vielfalt der Bautechnik ergibt sich durch die Beantwortung der Frage, ob in der Bautechnik eigentlich nur Bauingenieure arbeiten? Die Antwort ist: Nein! Am „Bau“ arbeiten Architekten, Bauingenieure, Geodäten, Geophysiker, Geologen, Physiker, Chemiker, Informatiker, Elektroingenieure, Maschinenbauer, Anlagentechniker, Biologen, Geografen, Wirtschaftsingenieure, Betriebswirte, Mediatoren, Designer, Künstler und – Juristen.

Die Vielfalt und die Bedeutung der Bautechnik lassen sich verdeutlichen, indem man am Beispiel eines Tagesablaufes den Bezug zu ihr herstellt. Diesbezüglich möchte ich auf eine Kolumne von Dr. WERNER WEIGL in der Bayerischen Staatszeitung zurückgreifen, in der er unlängst geschrieben hat: „Beim Aufstehen morgens tritt man auf eine Stahlbetondecke, die meist ein Bauingenieur berechnet hat. Man geht ins Badezimmer, benutzt die Toilette: Die dabei entstehenden Abwässer werden mit von Ingenieuren geplanten Kanälen gesammelt und in von Ingenieuren geplanten Kläranlagen gereinigt. Beim Händewaschen und Zähneputzen erwarten wir sauberes Trinkwasser. Gewinnung, Aufbereitung und Netze planen am Bau tätige Ingenieure. Auf dem Weg zur Arbeit benutzen wir von Bauingenieuren geplante Straßen und Schienen. Die Standsicherheit der Gebäude für unsere Arbeitsplätze und die Schulen haben Bauingenieure als Tragwerksplaner berechnet. Ingenieure … haben bei deren Bau sichergestellt, dass das Risiko eines Brandes auf ein Minimum reduziert wird.“ Nun sind wir erst am Beginn eines Arbeitstages und sind bereits sieben verschiedenen Arbeitsbereichen der Bautechnik begegnet. Wir können aber bereits folgern, dass Bautechnik also entscheidend für eine funktionierende Gesellschaft ist. Das müssen wir in die Öffentlichkeit tragen. Jede Generation steht auf den Schultern der vorigen und hat deshalb die Möglichkeit, weiter zu schauen. Wenn also die Vorgängergeneration quasi unser „Fundament“ ist, dann sollten wir uns auch mit ihr bzw. ihm beschäftigen.

EINLEITUNG

Bautechnik, so könnte man sagen, ist so alt wie die Menschheit. Die „Bautechnik“ ist 90 Jahre alt. Nähern wir uns zunächst einmal in großen Schritten chronologisch dem Jahr 1923, dem Gründungsjahr der „Bautechnik“. 2600 v.Chr. wurde die Cheops-Pyramide errichtet, ca. 600 v.Chr. entstanden römische Viadukte und Straßen, ca. 500 v.Chr. der Parthenon Tempel, das Pantheon ca. 100 n.Chr., der Dom von Florenz um 1430 n.Chr., der Petersdom 1506 bis 1626, ca. 1715 das Schloss Belvedere in Wien und 1923 das Wembley Stadion in London. 1923 war auch das Todesjahr von GUSTAVE EIFFEL. Entstanden diese Bauwerke aus Versuch und Irrtum oder aus Erfahrung und bautechnischen Prinzipien? Zur Beantwortung der Frage schauen wir einmal zurück. Auch nach Rückschlägen während der Bauzeit wurden am Petersdom immer wieder Schäden festgestellt, sodass Papst BENEDIKT XIV (1675–1758) im Jahr 1743 drei Mathematiker, die Jesuitenpatres waren, mit einem Gutachten beauftragte. Dieses Gutachten wird von WAPENHANS und RICHTER als erste Statik der Welt bezeichnet (Bautechnik 79 (2002), H. 8, S. 543–553). Vier Jahre nachdem die erste Statik der Welt aufgestellt wurde, gründeten französische Höhere Beamte für Brücken- und Straßenbau (Corps des ingénieurs des ponts et chaussées) unter König Ludwig XV (1710–1774) im Jahre 1747 die erste Ingenieurschule, die École nationale des ponts et chaussées in Paris, also die nationale Schule für Brücken und Straßen. Ziel war es, Bautechnik systematisch zu lehren. Der Einsturz der Brücke von Münchenstein in der Schweiz im Jahre 1891 führte dazu, dass aus dem Gutachten der beiden Schweizer StatikProfessoren K ARL WILHELM RITTER (1847–1906) und LUDWIG VON TETMAJER (1850–1905) im Jahre 1892 die erste Schweizer Brückenbaunorm eingeführt wurde. Sie sollte den Stand der Bautechnik verbindlich fest- und fortschreiben. Sie wird als die erste Norm in Europa bezeichnet und ist die Vorläufernorm der heutigen DIN 1076. Man kann die oben gestellte Frage also dahin gehend beantworten, dass erst seit etwa 120 Jahren bautechnische Prinzipien als Stand der Technik in Normen geregelt sind. Die Weitergabe von Wissen und der immer schneller werdende Technologietransfer führten zur Gründung von Fachzeitschriften. 1923 war das Geburtsjahr der „Bautechnik“. Das vorliegende Heft ist ein Spaziergang durch die Zeitläufte der „Bautechnik“. Bereits RITTER und TETMAJER hatten auf die Bedeutung der Stahlfestigkeit hingewiesen, die aber im Gültigkeitsbereich des Euler-Knickens unbedeutend ist. Nicht aber beim Schweißen. Hierüber berichtete 1939 GOTTWALT SCHAPER in seinem Aufsatz „Erfahrungen mit St 52 mit besonderer Berücksichtigung des Schweißens“. GOTTWALT SCHAPER (1873–1942) studierte ab 1893 Bauingenieurwesen an der TH Berlin. Er bestand beide Staatsprüfungen im Eisenbahnfach mit Auszeichnung. Von 1901 bis 1905 war er als Regierungsbaumeister bei der Eisenbahndirektion Berlin tätig. Von 1905 bis 1909 war er Assistent bei HEINRICH MÜLLER-BRESLAU. 1906 wurde er zum Eisenbahn-Bau-Inspektor ernannt. 1909 bekam er eine Stelle als Bauamtsvorstand bei der Rheinbrücke in der Linie Oberhausen-Hohenbudberg. 1912, nach Fertigstellung der Brücke, wurde er Dezernent für Brückenbau bei der Eisenbahndirektion in Stettin. In diese Zeit fällt die Herausgabe von Musterentwürfen für stählerne Brücken. 1919 trat SCHAPER die Leitung des Brückendienstes der Preußischen Staatsbahnen an; damit verbunden war seine Ernennung zum Geheimen Baurat und Vortragenden Rat im Ministerium der Öffentlichen Arbeiten. 1920 wurde es in das Reichsverkehrsministerium umbenannt. SCHAPER erhielt das Referat für Brücken- und Ingenieurhochbau. Die TH in Brünn ernannte ihn zum Dr. tech. E.h. und 1922 die TH in Darmstadt zum Dr.-Ing. e.h. 1933 wurde ihm der Titel Professor verliehen und 1938 ernannte ihn die Akademie für technische Wissenschaften in Warschau zum auswärtigen Mitglied. Im Zweiten Weltkrieg entwickelte er zusammen mit der Friedrich Krupp AG eine standardisierte Fachwerkbrücke, die Schaper-Krupp-Reichsbahnbrücke (SKR), die nach dem Krieg als Behelfsbrücke zum Einsatz kam. Die letzte SKR-Brücke wurde 1991 über den Teltowkanal in Berlin errichtet (Quelle: Wikipedia). Bautechnik Spezial 2013 – 90 Jahre Bautechnikgeschichte

EINLEITUNG

N. Gebbeken: Zur Bedeutung der Bautechnik

Alle baulichen Anlagen müssen gegründet werden. Die Gründungstechnik entwickelt sich rasant seit den 50er Jahren. HANS LORENZ (1905–1996) berichtete 1953 über „Erfahrungen mit thixotropen Flüssigkeiten im Grundbau“ und legte damit einen richtungsweisenden Artikel vor. LORENZ studierte an der TH Graz, der TU München und der TU Berlin, wo er 1934 promoviert wurde. Ab 1947 war er Ordinarius für Grundbau und Bodenmechanik an der TU Berlin. LORENZ gilt international als einer der Begründer der Bodendynamik. Er befasste sich u. a. mit Bentonit-Suspensionen als Stützflüssigkeit im Grundbau. Zum Beispiel finden sich in seinen Patenten Ideen zur Schlitzwandtechnik mit Bentonit und für Tunnelschildvortrieb mit Bentonitsuspensionsstützung (Hydroschild). Als stellvertretender Leiter des Deutschen Baugrundausschusses war er ab 1948 wesentlich an der Herausgabe der geotechnischen DIN-Normen nach dem Krieg beteiligt. Seit ihrer Gründung 1951 war er stellvertretender Vorsitzender der Deutschen Gesellschaft für Erd- und Grundbau (Quelle: Wikipedia). 1962 schrieb ANTON WEISSENBACH (geb. 1929) über den Inhalt seiner Promotion „Der Erdwiderstand von schmalen Druckflächen“. WEISSENBACH machte nach dem Abitur 1947 zunächst eine Zimmermannslehre. Er studierte von 1948 bis 1954 Bauingenieurwesen an der TH München. Danach war er in der Bauindustrie tätig. Ab 1959 war er bei der Baubehörde Hamburg. Zuletzt war er als Referent zuständig für die Zusammenarbeit der Baubehörde Hamburg mit der Bundesbahndirektion. Daneben promovierte er 1961 an der Universität Hannover und habilitierte dort 1970 über Baugrubensicherung. Er lehrte 1961 bis 1982 als Privatdozent an der Universität Hannover. Ab 1982 war er bis zur Emeritierung 1994 Inhaber des Lehrstuhls „Baugrund-Grundbau“ an der Universität Dortmund. Seine ehrenamtliche Mitarbeit im Normenausschuss Bauwesen setzte er bis 2012 fort (Quelle: Wikipedia). Die damals aktuelle Entwicklung im Brückenbau wurde von WOLFHARDT ANDRÄ (1914–1996) und WILHELM ZELLNER (geb. 1932) im Jahr 1969 in ihrem Aufsatz „Zugglieder aus Paralleldrahtbündeln und ihre Verankerung bei hoher Dauerschwellbelastung“ dargestellt. Von 1934 bis 1939 studierte ANDRÄ an der TH Stuttgart und an der TH München Bauingenieurwesen und gründete gemeinsam mit LEONHARDT 1953 das Ingenieurbüro Leonhardt Andrä und Partner (LAP). WILHELM ZELLNER besuchte zunächst die Staatsbauschule in Salzburg, arbeitete dann für zwei Jahre in einem Ingenieurbüro und studierte von 1955 bis 1960 an der TH Wien. Nach dem Studium war er zwei Jahre beim Neubau der Autobahn-Talbrücke Brenntenmaiss bei Wien in der Bauüberwachung tätig. 1962 wurde er Mitarbeiter bei LAP und wurde 1970 Partner (Quelle: LAP). Weiterhin berichteten 1971 F RITZ LEONHARDT und WILLI BAUR (1913–1978) über „Erfahrungen mit dem Taktschiebeverfahren im Brücken- und Hochbau“. Dieses neue Bauverfahren stellte damals hohe Anforderungen an Statik, Konstruktion und Ausführung. FRITZ LEONHARDT (1909–1999) studierte Bauingenieurwesen an der TH Stuttgart und an der Purdue Universität in West Lafayette (Indiana) in den USA. Von 1934 bis 1938 war er Brückenbauingenieur bei der Reichsautobahn-Gesellschaft. 1939 gründete er ein Ingenieurbüro, heute Leonhardt, Andrä & Partner (LAP). LEONHARDT wurde bekannt durch den Bau zahlreicher Brücken, Hochhäuser und Fernsehtürme in Stahl- und Spannbeton-Bauweise. Der von ihm erbaute Stuttgarter Fernsehturm war der weltweit erste Fernsehturm in Stahlbetonbauweise. Von 1957 bis 1974 war LEONHARDT Professor für Massivbau an der TH Stuttgart, von 1967 bis 1969 auch Rektor. 1975 erhielt er die Goldmedaille der Institution of Structural Engineers. FRITZ LEONHARDT wurde mit zahlreichen Ehrungen bedacht, darunter mit dem Großen Verdienstkreuz und sechs Ehrendoktorwürden. 1981 wurde er mit dem Award of Merit in Structural Engineering der Internationalen Vereinigung für 8

Bautechnik Spezial 2013 – 90 Jahre Bautechnikgeschichte

Hochbau und Brückenbau IVBH ausgezeichnet. 1982 wurde LEONHARDT Ehrenmitglied der Heidelberger Akademie der Wissenschaften (Quelle: Wikipedia). WILLI BAUR absolvierte von 1928 bis 1931 eine Maurerlehre. Danach studierte er Bauwesen an der Staatsbauschule in Stuttgart. Nach dem Studium holte ihn 1938 FRITZ LEONHARDT zu sich. Sein erstes Projekt war die Rheinbrücke Rodenkirchen bei Köln. Von 1939 bis 1945 musste BAUR zum Wehrdienst, in dem er hauptsächlich als Bauingenieur beim Bau von Flugplätzen eingesetzt war. Ab 1946 arbeitete er wieder bei LEONHARDT. 1967 hatte BAUR zum ersten Mal das Taktschiebverfahren bei der Taubertalbrücke eingesetzt (Quelle: LAP). Der Leichtbau und die Entwicklung numerischer Simulationsverfahren führten zur Planung und Errichtung von unterschiedlichen Membrankonstruktionen (Seilnetze, Textilien). HANS-WOLF REINHARDT (geb. 1939) schrieb 1976 über die „Zweiachsige Prüfung und Festigkeit von textilen Baustoffen“. REINHARDT studierte Bauingenieurwesen an der früheren TH Stuttgart und war anschließend wissenschaftlicher Mitarbeiter am Lehrstuhl für Baustoffkunde der Universität Stuttgart. Nach seiner Dissertation 1969 folgte mit einem Stipendium der Max-Kade-Foundation ein Postdoc-Aufenthalt am Illinois Institute of Technology in Chicago. In Stuttgart übernahm er zunächst die Lehrstuhlvertretung. 1973 wechselte REINHARDT zum Stuttgarter Sonderforschungsbereich 64 „Weitgespannte Flächentragwerke“. 1975 folgte er dem Ruf an das Institut für Betonkonstruktionen der TU Delft und 1986 einem Ruf an die TH Darmstadt. Im Jahr 1990 übernahm REINHARDT die Geschäftsführung des Instituts für Werkstoffe im Bauwesen und war in Personalunion erst Direktor der Forschungs- und Materialprüfungsanstalt Baden-Württemberg (Otto-Graf-Institut) und ab 2003 bis zu seiner Pensionierung 2006 Direktor der mit dem Otto-Graf-Institut vereinigten Materialprüfungsanstalt der Universität Stuttgart. REINHARDT ist einer der führenden Baustoffwissenschaftler weltweit. Seine Forschungen sind in ca. 700 Veröffentlichungen dokumentiert und er hat über 130 Dissertationen betreut. Nicht nur in vielen Universitätsgremien, auch in internationalen Verbänden und Ausschüssen hat sich der vielfach ausgezeichnete (Ehrenmedaillen, Preise, Dr. h.c. mult. usw.) Wissenschaftler engagiert (Quelle: http://www.uni-stuttgart.de/hkom/ publikationen/uni-kurier/uk105/07_leute/hans-wolf_reinhardt.html). JÖRG SCHLAICH (geb. 1934) fasste seine umfangreichen Erfahrungen bei der Bemessung von Stahlbetontragwerken 1984 zusammen in dem Beitrag „Zum einheitlichen Bemessen von Stahlbetontragwerken“. Dieser Beitrag wäre eine exzellente Grundlage für eine effiziente Bemessungsnorm. Zeitgleich mit dem Abitur schloss SCHLAICH 1953 eine Schreinerlehre ab und studierte dann bis 1959 Architektur und Bauingenieurwesen an den Universitäten Stuttgart und Berlin. Nach einem US-Aufenthalt als Assistent und Dozent für Statik und Stahlbeton am Case Institute of Technology in Cleveland, Ohio, erwarb er 1960 einen Master-Grad (M.Sc.) und setzte seine Studien von 1960 bis 1963 an der Universität Stuttgart fort, wobei er sich in seiner Dissertation zum Dr. Ing. mit Problemen der Stahlbetonkonstruktionen auseinandersetzte. Noch während seiner Doktorandenzeit sammelte SCHLAICH erste Berufserfahrungen als Bauingenieur bei der Baufirma Ludwig Bauer in Stuttgart. Von 1963 bis 1979 arbeitete er als Beratender Ingenieur für Bauwesen im Stuttgarter Ingenieurbüro Leonhardt und Andrä. 1970 wurde er Partner von FRITZ LEONHARDT. SCHLAICH war leitender Ingenieur für die Planung und Errichtung des Seilnetzdaches des Olympiastadions für die Olympischen Spiele 1972 in München. Von 1967 bis 1973 war er Lehrbeauftragter an der Universität Stuttgart am Institut für Massivbau. 1974 wurde er Professor und Direktor dieses Institutes und gründete 1980 das Büro Schlaich Bergermann und Partner, heute mit Niederlassungen in Stuttgart, Berlin, New York und Sao Paulo. JÖRG SCHLAICH ist ein weltweit anerkannter Ingenieur für innovative Bauwerke, wie z. B. filigrane Fußgängerbrücken, hohe Stahltürme und atemberaubende Seilnetzkonstruktionen. JÖRG SCHLAICH hat weltweit nahezu alle wichtigen Bautechnik Spezial 2013 – 90 Jahre Bautechnikgeschichte

EINLEITUNG

N. Gebbeken: Zur Bedeutung der Bautechnik

Preise und Ehrungen erhalten. Häufig ist er mit seinen kühnen Ideen seiner Zeit voraus (Quellen: SB+P, Wikipedia, Bautechnik 80 (2003), Heft 1). Nicht nur Schlaich, auch Joachim Scheer erkennt frühzeitig das Potential elektronischer Rechenanlagen und der sich bereits abzeichnenden, rasanten Entwicklung numerischer Methoden. Bereits 1958 publiziert er gemeinsam mit Prof. Kurt Klöppel, dem damaligen Leiter des Instituts für Stahlbau der TH Darmstadt, in der Zeitschrift „Der Stahlbau“ den Beitrag „Benutzung programmgesteuerter Rechenautomaten für statische Aufgaben, erläutert am Beispiel der Durchlaufträgerberechnung“. JOACHIM SCHEER nimmt 1948 das Studium des Bauingenieurwesens an der Technischen Hochschule Darmstadt auf, ist drei Jahre Hilfsassistent und schließt die Diplom-Hauptprüfung 1953 ab. Nach kurzer Tätigkeit für eine Tiefbaufirma wird er Assistent am Institut für Stahlbau bei Prof. KLÖPPEL. In dieser Zeit entstehen die heute noch im täglichen Praxiseinsatz befindlichen, berühmten „Beulwerttafeln“ von Klöppel und Scheer. Er promoviert 1959 und gründet gemeinsam mit HEINZ WEIHERMÜLLER ein Ingenieurbüro in Wiesbaden. 1970 erhält er den Ruf an den Lehrstuhl für Stahlbau an der TH Darmstadt, kurz darauf einen Ruf als ordentlicher Professor für Stahlbau der TH Hannover, den er 1971 annimmt. 1976 folgt er schließlich dem Ruf an das Institut für Stahlbau der TU Braunschweig, welches er bis 1992 leitete. Die Schwerpunkte seiner Forschungstätigkeit waren auf das Stabilitätsverhalten und die Traglast schlanker Bauteile ausgerichtet. Am 15. Oktober 1070 versagte der 112m lange Brückenträger der Westgate Bridge in Melbourne. Nur kurze Zeit später kam es am 10. November 1971 zu einem ähnlichen Unglück beim Bau der Südbrücke über den Rhein in Koblenz, wobei der Kragarm des im Freivorbau errichteten Bauwerks auf einer Länge von 54m abknickte. Infolge dieser spektakulären Brückeneinstürze begannen umfangreiche Forschungsprojekte zum Thema Plattenbeulen. Die Ergebnisse dieser Arbeiten, die sowohl numerische Untersuchungen und zahlreiche Großversuche in einem eigens dafür konstruierten Versuchsstand mit einer maximalen Kraft von 8000kN umfassten, fanden u. a. Eingang in den Teil 3 der DIN 18800. JOACHIM SCHEER war bzw. ist Mitglied des Deutschen Ausschusses für Stahlbau (DASt), der Braunschweigisch Wissenschaftlichen Gesellschaft, war Fachgutachter der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) und langjähriger Herausgeber der Zeitschrift „Bauingenieur“. Im Jahre 1994 erhielt er die Ehrendoktorwürde der TU München und im Jahre 1994 die Auszeichnung des Deutschen Stahlbaus für seine Leistungen in der Forschung und deren Umsetzung in die praktische Ingenieurtätigkeit. Hiermit wird deutlich, dass Bautechnik unverrückbar verknüpft ist mit den Personen, die Bautechnik erschaffen haben, schaffen und noch erschaffen werden. Kein Computer kann „Köpfe“ ersetzen. Das oben angeführte Zitat von ARISTOTELES lässt sich in einen Appell umformen, in dem wir fordern, von der Vergangenheit zu lernen, um für die Zukunft sicher, nachhaltig und dauerhaft zu bauen. Nicht nur die mechanischen Prinzipien der letzten 500 Jahre (SZABO I.: Geschichte der mechanischen Prinzipien) müssen im Bauwesen verstanden werden, sondern auch die bereits entwickelten Bautechniken. Die wenigsten technologischen Fortschritte sind Inventionen im Sinne von Entdeckungen, sondern Innovationen im Sinne von Weiterentwicklungen. Sie bauen auf Bestehendem auf, und somit ist es unerlässlich, zunächst zurück zu blicken, um dann Innovationen zu schaffen. Der ehemalige evangelische Landesbischof HANS VON KELER (geb. 1925) soll gesagt haben: „Geschichte ist nicht nur Geschehenes, sondern Geschichtetes – also der Boden, auf dem wir stehen und bauen“. Das ist meines Erachtens ein schönes Gleichnis. In diesem Sinne möge das vorliegende Sonderheft dazu beitragen, sich von der Bautechnikgeschichte inspirieren zu lassen und von ihr zu lernen. Autor Prof. Dr.-Ing. Norbert Gebbeken Universität der Bundeswehr München; norbert.gebbeken@unibw.de

Bautechnik Spezial 2013 – 90 Jahre Bautechnikgeschichte

KOMMENTAR

Natalie Stranghöner

Schweißtechnik im Stahlbrückenbau Gottwalt Schaper und der Stahlbrückenbau – untrennbar miteinander verbunden Geheimrat GOTTWALT SCHAPER (1873–1942) beeinflusste wie kein anderer Ingenieur seiner Zeit die Entwicklung des Stahlbrückenbaus in den 20er- bis 40er-Jahren des 20. Jahrhunderts. Tätig bei der Deutschen Reichsbahngesellschaft, zuletzt in der Funktion als Reichsbahndirektor, forcierte er die Entwicklung des Baustahls St 52, der noch heute im Stahlbrückenbau als S355 dominiert. Die Reichsbahn hatte eine Vielzahl von neuen Brückenbauwerken zu erstellen, die SCHAPER innovativ und bevorzugt mit dem Werkstoff Stahl anging. War zunächst noch der Baustahl St 37 Anfang der 20er-Jahre der gängige Werkstoff, sah SCHAPER die Zukunft in einem höherfesten Stahl, der schlankere und größere Tragwerke durch höhere Tragfähigkeiten ermöglichen sollte. Schaper regte die Entwicklung eines solchen Stahls SCHAPER sah die Zukunft in einem immer wieder an und ließ nicht nach, bevor der Baustahl höherfesten Stahl, der schlankere und St 52 entwickelt war.

größere Tragwerke durch höhere Tragfähigkeiten ermöglichen sollte.

Bereits 1924 berichtet SCHAPER in der Bautechnik von dem „sogenannten Hochbaustahl für eiserne Brückenund Ingenieurhochbauten, der nach Angaben der Erzeugerin die Festigkeitseigenschaften des Flusseisens weit übertreffen und trotzdem nicht wesentlich teurer als Flusseisen sein sollte.“ Daraufhin wurde in Zusammenarbeit mit den Hüttenwerken zunächst der hochgekohlte Baustahl St 48 entwickelt, der den teuren Nickelstahl ersetzen sollte. Die zulässigen Spannungen waren 30 % höher als beim herkömmlichen St 37, was bei Brücken zu einer mittleren Gewichtsersparnis von 17 bis 18 % führte. Erstmalig wurde mit der Einführung dieses Baustahls die Forderung nach der Mindeststreckgrenze in den Gütevorschriften aufgenommen. Von der Deutschen Reichsbahn 1924 eingeführt, wurden bis 1928 über 100 000 t dieses Baustahls u. a. auch in Brücken verarbeitet.

Schwierigkeiten bei der Herstellung und bei der Bearbeitung des St 48, insbesondere beim Nieten, sowie der Wunsch nach einem Stahl mit einer noch höheren Festigkeit führten zur Entwicklung des Siliziumstahls. Bereits Anfang 1925 entwickelte die Berliner Aktiengesellschaft für Eisengießerei und Maschinenfabrikation (vormals J. C. Freund & Co.) einen Siliziumstahl im Boßhardt-Ofen, den F-Stahl (Freund-Stahl), der laut SCHAPER „den St 48 in den Schatten stellt“ und in den folgenden Jahren im Siemens-Martin-Verfahren als niedriggekohlter Siliziumstahl St Si mit einer Mindeststreckgrenze von 36 kg/mm2 und einer Dehnung von über 20 % hergestellt werden sollte. Die Reichsbahn setzte die zulässigen Spannungen des St Si auf 2 100 kg/cm2 und damit 50 % höher als beim St 37 fest, womit für Brücken eine Gewichtsersparnis von bis zu ca. 30 % erreicht werden konnte. Allerdings erwies sich die Herstellung des St Si infolge des hohen Siliziums-Gehalts als ausgesprochen schwierig. Eine wirtschaftliche Herstellung des St Si war nicht möglich. Die Hüttenwerke waren somit bestrebt, einen Stahl zu entwickeln, der zwar die hohen Festigkeitseigenschaften wie der Siliziumbaustahl aufwies, nicht aber die Schwierigkeiten bei der Herstellung hatte. Bereits in den Jahren 1928/1929 gelang dies mit Stählen, die weniger Silizium, dafür aber andere Legierungselemente wie Chrom, Kupfer, Molybdän sowie höhere Anteile an Mangan enthielten. All diese Stähle wurden unter dem Sammelbegriff St 52 zusammengefasst, für den im Juni 1929 die Vorläufigen Vorschriften für Liefe12

KOMMENTAR

rung von Stahlbauwerken aus Baustahl St 52 von der Deutschen Reichsbahn, dem Verein Deutscher Eisenhüttenleute und dem Deutschen Stahlbauverband aufgestellt wurden. Mit einem C-Gehalt von 0,2 bis 0,25 % (je nach Dicke des Bauteils), einer Mindeststreckgrenze von 36 kg/mm2 sowie einer Mindestbruchfestigkeit von 52 kg/mm2 wurde die zulässige Beanspruchung für den St 52 wie beim Silizium-Stahl auf 2 100 kg/cm2 festgelegt. Bereits 1928 wurden 12 000 t des neuen Baustahls in Eisenbahnbrücken verbaut. Fragen nach der statischen sowie dynamischen Tragfähigkeit dieses Stahls – auch in geschweißter Ausführung – veranlassten SCHAPER in den Jahren 1929 bis 1930, statische und dynamische Versuche mit diesem Baustahl durchführen zu lassen. Nach einem von KOPPENBERG 1932 veröffentlichten Beitrag in der VDI-Zeitschrift ergab sich hieraus die „vorzügliche Eignung von St 52 für elektrische Schmelzschweißung, St 52 eignet sich vorzüglich für elektrische Schmelzschweißung. die zwecks weiterer Gewichtsersparnis für Stahlbauten aller Art, große Verladebrücken und im Schiffbau in Betracht kommt.“ Daraufhin wurde bereits 1929 der Entwurf der Richtlinien für die Ausführung geschweißter Stahlbauten eingeführt: Geschweißte Stahlbauten konnten in Deutschland erstmalig prüffähig ausgeführt werden. Das Potenzial der Schweißtechnik erkennend, leitete SCHAPER den Übergang von genieteten zu geschweißten Konstruktionen mit dem Bau der ersten geschweißten Stahlbrücke 1930 – zunächst aus dem Baustahl St 37 – ein. Die Vollwandträgerbrücke mit einer Spanweite von 10 m und einer Breite von 3 m (Bild 1) wurde mit hohem Kontrollaufwand während der Schweißarbeiten und nach Fertigstellung mit Hilfe von Röntgenprüfungen der Schweißnähte im eingebauten Einbauzustand errichtet. Nach sechs Jahren Betrieb wurde die Brücke wieder ausgebaut, bei der Reichsröntgenstelle des Staatlichen Materialprüfungsamts Berlin-Dahlem auf Schäden untersucht und 1937 auf die eingleisige Strecke Münster–Rheda endgültig umgesetzt, wo sie denkmalgeschützt bis heute – nichts Gegenteiliges ist zumindest bekannt – ihren Dienst unter der Bezeichnung „Eisenbahnbrücke über den Mussenbach (in Warendorf Müssingen)“ tut. Bestärkt durch die positiven Erfahrungen nahm – unter maßgeblicher Beteiligung von SCHAPER und seinem Weggefährten, dem damaligen Direktor der Deutschen Reichsbahn, OTTO KOMMERELL – die Entwicklung der Richtlinien zur Schweißung von Stahlbauten einen rasanten Verlauf. In diesem Zusammenhang erarbeitete KOMMERELL u. a. erste Angaben zu Bezeichnungen von Schweißnähten (Bild 2), deren Berechnung, bauliche Durchbildung und Ausführung. Im Mai 1931 wurden dann unter der Leitung von SCHAPER die Vorschriften für geschweißte Stahlbauten mit getrennten Kapiteln für den Hochund Brückenbau veröffentlicht, die im Laufe des gleichen Jahres sogar als Normenblatt DIN 4100 herausgegeben wurden. Hiernach durften sowohl St 37 als auch St 52 für geschweißte Stahlbauten – auch für Brücken – eingesetzt werden. Als Schweißverfahren wurden die Lichtbogenschweißung (Gleich- und Wechselstrom), die elektrische Widerstandsschweißung, die GasschmelzDie Entwicklung der Richtlinien und Vorschriften zur Schweißung von schweißung und erstmalig die gaselektrische Schweißung Stahlbauten nahm ab 1931 einen zugelassen.

rasanten Verlauf. Da es nun erstmalig anerkannte Vorschriften für die Ausführung geschweißter Stahlbauten gab, konnte die Schweißtechnik vermehrt im Stahlbau eingesetzt werden. SCHAPER war es ein Anliegen, dass die Tragwerke auch dauerhaft ausgebildet wurden. Da aber nur wenig zur Dauerhaftigkeit der Schweißverbindungen bekannt war, wurden unter der Leitung von SCHAPER 1931 die sogenannten „Kuratoriumsversuche des Vereins Deutscher Ingenieure“ initiiert, die groß angelegte Dauerversuche mit geschweißten Stabverbindungen beinhalteten. Die Ergebnisse dieser Versuche flossen 1935 Bautechnik Spezial 2013 – 90 Jahre Bautechnikgeschichte

KOMMENTAR

N. Stranghöner: Schweißtechnik im Stahlbrückenbau

HISTORISCHER AUFSATZ Meilenstein: Schweißtechnik im Stahlbrückenbau

G. Schaper: Der hochwertige Baustahl St 52 im Bauwesen · kommentiert von N. Stranghöner

HISTORISCHER AUFSATZ

G. Schaper: Der hochwertige Baustahl St 52 im Bauwesen · kommentiert von N. Stranghöner

Meilenstein: Schweißtechnik im Stahlbrückenbau

Bautechnik Spezial 2013 – 90 Jahre Bautechnikgeschichte

BESTELLSCHEIN Stück

Bestell-Nr.:

Titel 90 Jahre Bautechnikgeschichte (2013)

5091 0213 906954 bitte ankreuzen

Preis* € 23,36

Gesamtverzeichnis Ernst & Sohn 2013/2014

kostenlos

Monatlicher E-Mail-Newsletter

kostenlos

Liefer- und Rechnungsanschrift: �privat �geschäftlich Firma

Ansprechpartner

Telefon

UST-ID Nr. / VAT-ID No.

Fax

Straße//Nr.

E-Mail

Land

PLZ

Ort

Vertrauensgarantie: Dieser Auftrag kann innerhalb von zwei Wochen beim Verlag Ernst & Sohn, Wiley-VCH, Boschstr. 12, D69469 Weinheim, schriftlich widerrufen werden. Wilhelm Ernst & Sohn Verlag für Architektur und technische Wissenschaften GmbH & Co. KG Rotherstraße 21, 10245 Berlin Deutschland www.ernst-und-sohn.de

Datum / Unterschrift *€-Preise gelten ausschließlich in Deutschland. Alle Preise enthalten die gesetzliche Mehrwertsteuer. Die Lieferung erfolgt zuzüglich Versandkosten. Es gelten die Lieferungs- und Zahlungsbedingungen des Verlages. Irrtum und Änderungen vorbehalten. Stand: Dezember 2013 (homepage_Probekapitel)