Imagebroschüre - Department Bauingenieurwesen

Forschung & Lehre
Wasserwirtschaft und Ingenieurhydrologie
Der globale Wandel stellt unsere heutige Gesellschaft vor vielfältige Herausforderungen. Während der Klimawandel die Randbedingungen hydrologischer und wasserwirtschaftlicher Systeme
verändert, beeinflusst die Gesellschaft selbst durch eine intensive Nutzung der Landschaft und
der Gewässer sowie durch demographische Veränderungen die Voraussetzungen für und Anforderungen an wasserwirtschaftliche Systeme. Neben der Quantifizierung der veränderten Randbedingungen für die Wasserbewirtschaftung ist die Gesellschaft gefordert, regional angepasste
Wasserbewirtschaftungssysteme zu entwickeln.
Der Lehrstuhl bearbeitet Themenstellungen aus den Bereichen der hydrologischen und wasserwirtschaftlichen Systemanalyse, der Modellierung und Simulation hydrologischer und wasserwirtschaftlicher Systeme, der Szenario- und Impaktanalyse, der Entwicklung wasserwirtschaftlicher Anpassungsstrategien an den Wandel sowie des wasserwirtschaftlichen Wissensaustausches
zwischen Regionen.
Lehre
Der Lehrstuhl trägt in der Lehre in den Studiengängen Bachelor und Master Bauingenieurwesen
sowohl zur Verbesserung des hydrologischen Prozessverständnisses in vom Menschen beeinflussten Landschaften als auch zum Verständnis der Steuerung wasserwirtschaftlicher Anlagen
bei. Lehrveranstaltungen über das Management von Einzugsgebieten vermitteln eine entscheidende Berufsqualifikation hinsichtlich Wassermenge und Wassergüte. Auch in der Lehre ist die
hydrologische Modellierung ein zentrales Werkzeug, um die Sensitivität hydrologischer und wasserwirtschaftlicher Systeme zu analysieren.
2
Forschung
Danube
Elbe
In der Hydrologie liegt der Schwerpunkt auf
Ems
der Verbesserung des Verständnisses hydroloRhine
1
gischer Prozesse in Abhängigkeit von sich wanWeser
delnden Randbedingungen. Das Verständnis
0,5
des hydrologischen Prozessgeschehens ist die
Voraussetzung für ein erfolgreiches Einzugsge0
biets-Management. In Zeiten des Abbaus hydrologischer Messnetze spielt die a priori Simu-0,5
lation hydrologischer Systeme (Standorte,
Einzugsgebiete) eine zunehmend wichtige
-1
Rolle (Transregio SFB 38). Entscheidend für die
Anpassung wasserwirtschaftlicher Systeme ist
-1,5
eine vertrauenswürdige Quantifizierung des
-0,1
0,2
0,5
0,8
1,1
1,4
1,7
Impakts sich ändernder Umweltbedingungen
Trend in precipitation [mm/a]
hinsichtlich des mittleren Verhaltens (Wasserbilanz), der Saisonalität (Abflussregime) und der Extremereignisse (Hoch- und Niedrigwasser).
Deren Abschätzung erfolgt durch eine modellbasierte Szenarioanalyse. Ein Schwerpunkt des
Lehrstuhls ist das adäquate Design hydrologischer Modelle in Abhängigkeit von der Zielstellung
sowie die Untersuchung der Eignung von Multi-Modellensembles zur Reduzierung der Unsicherheiten in den modellbasierten Projektionen (SFB 299).
Trend in Mq [mm/a]
1,5
Inhaltliche Schwerpunkte in der Wasserwirtschaft liegen auf der Entwicklung angepasster wasserwirtschaftlicher Systeme an den Wandel. Da die Auslegung wasserwirtschaftlicher Systeme für
viele Jahrzehnte erfolgt, müssen zukünftige Veränderungen in den Planungs- und Entscheidungsprozess einbezogen werden. Hier hat sich die Kombination von Expertenwissen mit regionalspezifischen Kenntnissen wasserwirtschaftlicher Akteure aus der Praxis als zielführend erwiesen. Die
Beteiligung regionaler Akteure in strategische Prozesse verbessert die regionale Kenntnis, sorgt
für Information, steigert die Bewusstseinsbildung wasserwirtschaftlicher Herausforderungen und
ist ein erster Beitrag zur Entwicklung eines wasserwirtschaftlichen Risikomanagements.
2
Forschung & Lehre
Abwasser- und Abfalltechnik
Verpflichtungen beim Umweltschutz bestehen darin, neue Umweltgefährdungen zu vermeiden
sowie bereits entstandene zu erkunden, bewerten und zu sanieren. Der Lehrstuhl Abwasser- und
Abfalltechnik beschäftigt sich in der Lehre mit der Breite der baubezogenen Umwelttechnik. Vorund nachsorgend sind die Qualität der Planungen und Ingenieurleistungen, der Bauleistungen
und des Einsatzes der Verfahrenstechnik eine zwingende Notwendigkeit.
Der Schutz unserer Umwelt kann nur unter Einsatz von Umwelttechnik und Einbeziehung qualifizierter Bau- und Dienstleistungen erfolgreich sein. Dazu zählen Tätigkeiten aus den Bereichen
• Bau und Erhaltung von Ver- und Entsorgungsinfrastruktur,
• Bau von Abfallentsorgungsanlagen und Kläranlagen,
• Deponiebau, -sanierung, -stilllegung (dazu Abbauvorgänge im Deponiekörper beschleunigen)
sowie Nachnutzung des Deponiestandortes („Deponie auf Deponie“),
• Flächenrecycling und Altlastensanierung,
• Stoffstrommanagement und Ressourcenschonung, selektiver Rückbau und Kreislaufwirtschaft
sowie das Urban Mining.
Zentrale Grundforderungen sind die Umweltverträglichkeit der Verfahren selbst sowie die Einhaltung von Sicherheitsstandards. Dies erfordert schlüssige Technikkonzepte, fachkundige Planungen und qualifizierte Ausführungen. Neue Überlegungen wie Deponierückbau (Stichwort: „Urban
Mining – Die Deponie als Wertstoff-Ressource“) zeichnen sich in der Wissenschaft ab. In der Kreislaufwirtschaft sind die Grenzen hoher Verwertungsraten durch das Vorsorgeprinzip gesetzt, es darf
zu keiner Schadstoffverschleppung und Scheinverwertung kommen (Stichwort: „Geringfügigkeitsschwellenkonzept“ Wasser/Boden).
Aufgabe der Abwassertechnik ist in Zukunft die
Optimierung bestehender Anlagen sowie der Betrieb und die Ersatzbeschaffung. Es werden folgende
Forschungsschwerpunkte als zukunftsträchtig angesehen: Leistungsfähigkeit, Sanierung, Optimierung und Erweiterung von kommunalen Kläranlagen, integrierte Betrachtung von Kanalnetz –
Kläranlage – Gewässer zur Kanalnetzoptimierung, Qualitäts- und Umweltmanagement, Sicherheitskonzepte für Abwasseranlagen, Konzepte zur Energieoptimierung (z.B. Wärmerückgewinnung, Belüftungsenergie) und Ressourceneinsparung sowie der Umgang mit Reststoffe der Abwassertechnik (Klärschlammbehandlung und -verwertung, Sandfangrückstände und sonstige
Reststoffe).
Eine ganze Reihe von Fachgebieten der Abfalltechnik an
deutschen Universitäten beschäftigen sich im Wesentlichen
mit Siedlungsabfällen. Vor diesem Hintergrund lassen sich
für die Universität Siegen folgende Schwerpunkte ableiten:
Flächenrecycling und Umgang mit mineralischen Bauabfällen
(ErsatzbaustoffV, Verfüllungen, Säuleneluat statt DEV-S4),
Stoffstrommanagement zur nachhaltigen Bewirtschaftung
von Ressourcen, Bewerten von Recyclingstrategien auch
unter dem Aspekt der CO2-Einsparung sowie Implementierung von Abfall-Managementsystemen in Unternehmen.
Ausstattung / Einrichtung / Geräte
• Labor Siedlungswasserwirtschaft für Abwasseruntersuchungen und Wasseranalysen, Festund Reststoffuntersuchungen, Muffelofen, GV, Durchführung von „Feldversuchen“, mobile
Abflussmessung im Kanalnetz
• Sammlung Abfalltechnik mit Geräte zum Sortieren und Zerkleinern von Abfällen (Hydrozyklon,
Setzmaschine, Mühlen)
• EDV-Ausstattung mit CAD-Arbeitsplätzen, Geoinformationssysteme GIS, Fachspezifische
Software (MOMENT, Hystem-Extran, Kanal++ [Kanalnetz], Denika, ARAber [Kläranlage] …) sowie Videobearbeitungs- und Animationssoftware
Praxisnähe
Prof. Dr.-Ing.
Horst Görg
0271-740-2323
horst.goerg@uni-siegen.de
www.umwelt.uni-siegen.de
Ausgewählte Projektbeispiele
Kalkeinsatz auf Kläranlagen, Hilchenbach
ƒ Großtechnische Versuche auf der KA Ferndorftal über mehr als 12 Monate
ƒ Dauerhafte Anhebung der Säurekapazität,
Erhöhung des natürlichen Puffers
ƒ Optimierung der Biologie
ƒ Schlammbeschwerung
ƒ Erprobung einer geeigneten Online-Steuerung
Abwasserbeseitigung Röspe, Erndtebrück
ƒ Beurteilung der Abwasserentsorgung
ƒ Variantenbetrachtung: Dezentrale und zentrale Abwasserbehandlung
ƒ Kostenvergleichsrechnung nach LAWA-Richtlinie für verschiedene Szenarien
ƒ Nutzwertanalyse
ƒ Handlungsempfehlung
Erdstoffdeponie Leimbach, Siegen
ƒ Wissenschaftliche Analyse zur Nutzung eines
Deponiegeländes zur Gewerbeansiedlung
ƒ Historische Erkundung des Abfallinventars
ƒ Gefährdungsabschätzung für den Leimbach
anhand des Wirkungspfades Boden – Wasser
ƒ Untersuchung von Bohrprofilen und Wasseranalysen
Ausblick auf Forschungsfelder
Angesichts einer gut ausgebauten Infrastruktur rückt der Erhalt derselben in den Blickpunkt der
Betrachtung. Die Phänomene Klimawandel, Demographie und Ressourcen werden die Siedlungswasserwirtschaft und den gesamten Infrastrukturbereich beeinflussen. Hier ist besonders
die Wissenschaft angesprochen, Lösungsansätze zu finden, die gleichsam adäquat und nachhaltig
sind. Nachhaltigkeit im Sinne der generationenumfassenden Definition der Brundtland-Kommission 1987 umfasst die Säulen Ökologie (Umwelt), Ökonomie (Wirtschaft) und Soziales. Vor diesem Hintergrund dürfte das Leitmotiv der Universität Siegen „Zukunft menschlich gestalten“ im
Einklang mit der Ausrichtung des Fachgebietes Abwasser- und Abfalltechnik und der fachlichen
Positionierung stehen.
In der Abwassertechnik stehen neue Verfahren (Bodenfilter, Membran-Anlagen) auf dem Prüfstand, die es ermöglichen, Spurenstoffe oder Arzneimittelrückstände zu entfernen. Überlegungen
zum Deponierückbau („Urban Mining – Die Deponie als Wertstoff-Quelle“) und der Nachnutzung
werden im Fachgebiet ausgearbeitet. In der Kreislaufwirtschaft werden Bewertungssysteme
benötigt, die die Abwägung zwischen umfangreicher Verwertung und Vorsorge für Boden- und
Grundwasserschutz ermöglichen.
Lebenslanges Lernen
Deutsches Symposium für grabenlose Leitungserneuerung
ƒ Branchentreff: Abwasser – Trinkwasser – Gas
ƒ über 20 Referenten, über 200 Teilnehmer, 25 Fachfirmen
ƒ informativ und kompetent, praxisnah und innovativ
Forschung & Lehre
Geotechnik – Bodenmechanik, Erd- und Grundbau, Ingenieurgeologie
Das Institut für Geotechnik ist an der Naturwissenschaftlich-Technischen Fakultät im Department
Bauingenieurwesen der Universität Siegen angesiedelt. Das Department Bauingenieurwesen,
sieht sich in einer langen Tradition aus der Fortführung der Wiesenbauschule (1853) über die
ehemalige Ingenieurschule für Bauwesen (1953) bis zur heutigen Universität.
Lehr- und Forschungsgebiet Geotechnik
Das Lehr- und Forschungsgebiet Geotechnik an der Universität Siegen umfasst die grundlegenden
Fächer im Bereich der Geotechnik mit:
Bodenmechanik, Felsmechanik, Unterirdisches Bauen, Erd- und Grundbau sowie Ingenieurgeologie einschließlich Hydrogeologie und Geothermie, die Geotechnik einschl. der Vertiefung
und von ausgewählten Themen der Geotechnik.
Schwerpunkte der Forschung stellen nachfolgende Gebiete dar (Auszug):
¾
Untersuchungen und Bewertungen zu Auswirkungen von Alt- und Uraltbergbau
¾
Mining Risk and Brown-fields, Sanierung und Sicherung von Bergbaubereichen
¾
Geomesstechnik
¾
Numerik in der Geotechnik
¾
Entwicklung neuer Verfahren des Spezialtiefbaus
¾
Entwicklung des Hochleistungsbaustoffes Boden HLBB mit z.B. Mixed-in-Place u.a.
¾
Innerer und äußerer Hochwasserschutz
¾
Sicherung von Dämmen, Deichen und Stauanlagen
¾
Geothermie
Das Institut für Geotechnik betreibt eine interdisziplinäre Forschung und arbeitet eng u. a. mit
dem fwu (Forschungsinstitut Wasser und Umwelt an der Universität Siegen), der lokalen und
nationalen Industrie sowie Verbänden und Unternehmen zusammen.
Das Institut veranstaltet regelmäßig Symposien, Tagungen und Workshops auf nationaler und
internationaler Ebene:
¾
zur Geotechnischen Erkundung, Geomesstechnik, zum inneren und äußeren Hochwasserschutz (IfG & fwu) und zur Baugrundverbesserung (in Kooperation mit der TU Wien).
Institut für Geotechnik – Labor für Boden- und Felsmechanik
Das Institut verfügt über ein gut ausgestattetes bodenmechanisches und felsmechanisches Labor
mit Versuchseinrichtungen für die geotechnischen Versuchsnormen DIN 18 120 bis DIN 18 137,
bzw. den Empfehlungen des AK Felsmechanische Versuche der DGGT und ISFMG und ist im Verzeichnis der Institute des Deutschen Institutes für Bautechnik (DIBt) für die Mitwirkung bei der
bauaufsichtlichen Prüfung von Bauvorlagen und damit im Verzeichnis der Institute nach DIN 1054
seit 1994 eingetragen.
Geotechnische Modelle können in der Modellversuchshalle untersucht werden. Für großmaßstäbliche Versuche und für Versuche des Erdbaus steht eine Freihalle zur Verfügung
Praxisnähe
Prof. Dr.-Ing.
Richard A. Herrmann
0271-740-2176
richard.herrmann@uni-siegen.de
www.geo.uni-siegen.de
Im Rahmen von Forschungsvorhaben oder für Eignungsprüfungen werden großmaßstäbliche
oder 1:1-Versuche als Probebelastungen für Fundamente, Pfähle, Anker o. a. Elemente des
Grundbaues und unterirdischen Bauens speziell zusammengestellt und vom Institut für Geotechnik durchgeführt und ausgewertet.
Für die geotechnische Erkundung wurden in Verbindung mit der Geomesstechnik spezielle Geräte entwickelt. Es stehen unter anderem Ramm-Sondiergeräte für indirekte Aufschlüsse zur Verfügung. Die Verfahren der Felduntersuchungen umfassen alle Prüfmethoden des Erdbaus: Plattendruckversuch (statisch) / Dynamische Fallplatte (Sonderverfahren) / Ersatzmethoden / Isotopensonden u. a..
Das Institut für Geotechnik unterhält mit einer umfangreichen Mineraliensammlung die wohl
einzige wissenschaftliche Sammlung an der Universität Siegen.
Zu Spezialfragen des Bergbaus und der Geologie/Hydrogeologie wirken zu den vorhandenen
Kompetenzen am Institut national und international erfahrene Experten mit.
Projektbeispiel:
Untersuchungen zur Tragfähigkeit von Verpresspfählen System ISCHEBECK Titan 73/53
Im Rahmen eines umfangreichen Untersuchungsprogramms zur Entwicklung von Verpresspfählen der Fa. Ischebeck GmbH, Ennepetal, wurden
variable Einbaubedingungen und die Tragfähigkeiten des neu entwickelten Systems TITAN 73/53 unter Mitarbeit des Instituts für Geotechnik der
Universität Siegen geprüft und bewertet. Hierzu wurde in Absprache mit
dem IfG ein aufwendiges Prüfprogramm über die Baugrunderkundung,
die geforderten Systemparameter bis hin zur Prüfung der Tragfähigkeiten
des Pfahlsystem mit Zugversuchen auf einem eigens hergestellten Probefeld in Hamburg aufgelegt und durchgeführt.
Anhand der Ergebnisse der Zugversuche konnte dargestellt werden, dass ein Druckaufbau während des Verpressvorgangs einen großen Einfluss auf die Tragfähigkeiten hat. Die Höhe des aufgebrachten Verpressdrucks korreliert mit dem Tragverhalten der geprüften Pfähle.
Aufgrund der Untersuchungen auf dem Probefeld konnten für das Pfahlsystem optimale Einbaubedingungen für die Spül- und Stützflüssigkeiten festgelegt werden. Auch die Parameter für die
Verpressung der Pfähle, w/z-Wert und Verpressdruck konnten für die vorliegenden Baugrundverhältnisse abgestimmt werden.
Baugrunduntersuchung
Herstellung
Tragfähigkeit
Forschung & Lehre
Praktische Geodäsie und
Geoinformation
Der Lehrstuhl für Praktische Geodäsie und Geoinformation ist ebenso befasst mit der Aufnahme und multikriteriellen Analyse des Raumes wie mit der Aufnahme, Darstellung und Analyse von beliebigen Objekten im Raum.
Der Anspruch nach der Kenntnis bzw. der Beschreibung
des Raumes ist umfassend (keywords: 3D-capture, 3Ddocumentation)
„Der Raum“ ist verschiedenartig definiert. Gegenstand
der Untersuchung sind die Topographie der Erde ebenso
wie beliebige Objekte auf und in der Erde. Informationssysteme zur Beschreibung beliebiger
Sachverhalte (Geoinformationssysteme GIS, Facility Management FM, Rauminformationssysteme
RIS, BodyInformationSystems BIS) unterscheiden sich nur im Handling der Sachinformation. Der
Weg zum „Decision Support“ ist eingeleitet.
Die Zuordnung der „Praktischen Geodäsie und Geoinformation“ zum Bauingenieurwesen empfindet ein Geodät (Leitung des Lehrstuhls) eher als „zufällig“. Der Ruf nach Rauminformation hat
vielmehr interdisziplinären Charakter: „Was hat keinen Raumbezug?!“. Bauspezifisch stellt sich
das Aufgabenfeld der Bereitstellung und Analyse räumlicher Sachverhalte und Randbedingungen
– dies reicht von der Infrastrukturplanung bis hin zur Bauanalytik (Schadensanalyse, Soll-IstAbgleich).
Die Lehrstuhlinhaberin ist Beratende Ingenieurin der Ingenieurkammer Bau NRW, weiter Vorsitzende von InKA (Interdisziplinäres Kompetenzzentrum Altbau) und stellvertretende Vorsitzende
von Codata Germany (German National Committee for the Committee on Data for Science and
Technology CODATA, Committee of the International Council for Science, ICSU). Mitgliedschaften
bestehen darüber hinaus beim VDV (Verband Deutscher Vermessungsingenieure e.V.) und beim
DVW (Deutscher Verein für Vermessungswesen Landesverband Nordrhein-Westfalen e.V.).
Lehre
Die Inhalte der Lehre im Bachelorstudium umfassen die Grundlagen der Vermessungskunde (incl.
Systemdefinitionen, Systemtransformationen und der Kartografie) für Studierende des Bauingenieurwesens und der Architektur. Im Bachelorstudium der Studierenden des Bauingenieurwesens
wird darauf aufbauend in die Grundlagen der Geografischen Informationssysteme eingeführt.
Auf dem Weg in die digitale Welt ist das online zugängliche, lage- und höhengenaue 3DStadtmodell von Siegen ein wertvolles Instrument, um Studierende des Bauingenieurwesens an
Geodaten heranzuführen. Die Entwicklung des virtuellen 3D-Stadtmodells erfolgt seit mehreren
Jahren durch Bauingenieur-Studierende der GIS-Einführungsveranstaltung.
Optional werden hierauf aufbauend im Bachelorstudium und im Masterstudium ingenieurspezifische Anwendungen von Geoinformationssystemen fallorientiert in Projektarbeiten entwickelt
(Gefahrenklassifikation für die zivile Sicherheitsforschung, Deponiemodellierung und DGMOptimierung auf der Erdoberfläche ebenso wie Volumenmodellierung im Untergrund). Studienund Abschlussarbeiten untersuchen verschiedenste Mess-, Optimierungs- und Integrationskonzepte. Hierbei wird speziell auf die ingenieurspezifische Themenausrichtung Wert gelegt – die
generelle Orientierung von Forschung und Lehre ist somit interdisziplinär ausgerichtet.
Praxisnähe
Prof. Dr.-Ing.
Monika Jarosch
0271-740-2146
jarosch@vermessung.uni-siegen.de
www.vermessung.uni-siegen.de
Labor
Dem Labor fällt Betrieb, Pflege und Bereitstellung des umfangreichen Equipments für die Raumaufnahme zu. Diese erfolgt hochgenau, konventionell punktweise (Totalstationen, GPS, automatische Nivellierung), lasergestützt in einer Punktwolke (Laserscanner) oder bildgestützt im Zuge
der terrestrischen Photogrammetrie (digitale kalibrierte und nicht kalibrierte Kameras).
Das Labor unterhält eine Vielzahl gerätespezifischer Betriebs-Software-Produkte, aufgabenspezifische Analysetools und unterschiedliche Entwicklungstools, die projektbezogen eingesetzt werden. Universitätsweit werden Messaufgaben durchgeführt und Equipment bereitgestellt.
Forschung
Die Nutzung der elementaren Modellierung des Stadtgebietes Siegen zu Simulationszwecken
stellt einen unmittelbar gegebenen Mehrwert der Lehre dar. Sie wird im Zuge der zivilen Sicherheitsforschung zum Gefährdungspotenzial von Überschwemmungsszenarien für Immobilien und
Infrastruktur fortgesetzt.
Aktuelle Konzepte spiegeln den interdisziplinären Charakter der Forschungsarbeit wieder, so die
angezielte Integration von GIS-Komponenten in alternative IT-Umgebungen (räumlich explizite
Funktionen als integrierter Bestandteil der Unternehmens-IT), die Konzeption und Entwicklung
optimierter Aufnahmemöglichkeiten (Multisensorieller Bauteilerfassungsassistent), der Einsatz
alternativer Mess-Technologien (Photonic Mixer Device pmd-Technologie mit pmd-LaserscanVerifikation), die GIS-BIS-Migration (Kooperation mit RWTH Aachen, Institut für Mineralogie und
Lagerstättenlehre) als konsequente Fortsetzung der 2002 in Turin vorgestellten BIS (BodyInformation-System)-Konzeption sowie die lasergestützte Schadensanalyse.
Forschung & Lehre
Wasserbau und Hydromechanik
Forschungsinstitut Wasser und Umwelt (fwu)
Das Profil des Lehrstuhls für Wasserbau und Hydromechanik orientiert sich in Forschung und
Lehre an dem Leitbild der Universität Siegen „Zukunft menschlich gestalten“. Der Lehrstuhl Wasserbau und Hydromechanik befasst sich mit der mathematischen und physikalischen Modellierung sowie der Simulation komplexer hydraulischer Systeme. Der Lehrstuhl bildet zusammen mit
den Lehrstühlen „Wasserwirtschaft“ sowie „Abwasser- und Abfalltechnik“ das Forschungsinstitut
Wasser und Umwelt (fwu). Das Ziel des Instituts ist es, die Fachkompetenz verschiedener Fachgebiete zu vereinen und vorhandene Ressourcen für interdisziplinäre Fragestellungen effektiver
zu nutzen.
Mit dem interdisziplinär angelegten Themenfeld „Wasser und Umwelt“ ist eine Vernetzung innerhalb der Fakultäten der Universität (z.B. im Forschungsschwerpunkt „Zivile Sicherheit“) sowie
im nationalen und internationalen Forschungsverbund gewährleistet.
Die Forschung hat sich in den letzten Jahren sehr stark
auf die Entwicklung von integrierten Hochwasserschutzkonzepten sowie Risikobetrachtungen von baulichen
Anlagen, insbesondere in Folge von Naturkatastrophen
(extreme Hoch- und Niedrigwasser und Sturmfluten)
konzentriert (zivile Sicherheit). Es werden verschiedene
Vorhaben im Bereich der Klimafolgenforschung, zum
Meeresspiegelanstieg und der hydrologischen Extremereignisse im Binnen- und Küstenbereich bearbeitet.
In der Lehre werden in Bachlor-/Masterstudiengängen
Kenntnisse im Bereich Hydromechanik, Binnen- und
Küstenwasserbau, wasserbauliches Versuchswesen,
numerische Verfahren in der Wasserwirtschaft und
Umweltwissenschaften vermittelt. Diplom- und Abschlussarbeiten sind in Vorhaben der Grundlagen- und anwendungsorientierten Forschung eingebunden.
Laufende BMBF-Forschungsprojekte
Analyse von hoch aufgelösten Tidewasserständen und Ermittlung des MSL an der deutschen
Nordseeküste (AMSeL)
In dem Forschungsprojekt soll den Fragen nachgegangen werden, wie sich der mittlere Meeresspiegel im Bereich der Deutschen Bucht über die letzen etwa 100 Jahre entwickelt hat. Die Ergebnisse werden zu globalen Entwicklungen der Meeresspiegelentwicklung in Bezug gebracht.
Mit den Ergebnissen können regionale Küstenschutzstrategien überprüft und angepasst werden.
Extremsturmfluten als Risikoquelle für Küsten- und Ästuargebiete (XTremRisk)
Ziel des Projektes ist die Durchführung einer integrierten Risikoanalyse für die am Tideästuar
gelegene Megacity Hamburg und die Insel Sylt, als Beispiel für einen potentiell sehr stark gefährdeten Küstenbereich.
Entwicklung von nachhaltigen Küstenschutz- und Bewirtschaftungsstrategien für die Halligen unter Berücksichtigung des Klimawandels (Zukunft Hallig)
Das Ziel der Untersuchungen ist die Entwicklung von Impulsen für nachhaltige Küstenschutz- und Bewirtschaftungsstrategien. Dabei stehen insbesondere der Erhalt und die
Bedeutung der Halligen im nordfriesischen Wattenmeer im
Fokus der Untersuchungen.
Praxisnähe
Prof. Dr.-Ing.
Jürgen Jensen
0271/740-2172
juergen.jensen@uni-siegen.de
www.uni-siegen.de/fb10/fwu/wb
Praxisnähe
Die Praxisnähe des Lehrstuhls wird durch die Bearbeitung verschiedener anwendungsorientierter
Vorhaben gewährleistet. Neben der Entwicklung von Konzepten zur naturnahen Gestaltung von
Gewässern gehören auch Untersuchungen für wasserbauliche Anlagen wie Stauanlagen (Talsperren, Wehre) und Brücken sowie zum nachhaltigen Hochwasserschutz und zur Nutzung der Wasserkraft.
Aktuelles Projektbeispiel:
Errichtung des wasserbaulichen und städtebaulichen Modells zur Untersuchung der Neugestaltung der Sieg in der Siegener Innenstadt (Regionale 2013)
In einem sehr komplexen Umfeld unterschiedlichster Ansprüche, Randbedingungen und Zielvorstellungen aus Städteplanung, Verkehrs- und Wasserbau, Anlieger- und Handelsinteressen sowie den
Forderungen der EU-WRRL bildet das Vorhaben einer interdisziplinären Untersuchung zum Entwurf
von städtebaulichen Lösungsvarianten, numerischen Voruntersuchungen und die Errichtung eines
kombinierten wasserbaulichen und städtebaulichen Modells (wasserbaulicher Modellversuch)
einen entscheidenden Baustein für die Neugestaltung der Sieg in der Innenstadt Siegens.
Ziel des auf einer Fläche von 90 m² nachgebildeten Modells der Sieg im Maßstab von 1:30 mit
einer Länge von 18,5 m und einer Breite von 5,7 ist u.a. nachzuweisen, dass
•
durch die Umgestaltung der Sieg ein „Gutes ökologisches Potential“ gemäß EUWasserrahmenrichtlinie erreicht wird,
• ein 100jähriges Hochwasser schadlos abgeführt werden kann,
• auch bei sommerlichem Niedrigwasser eine ökologisch wertvolle und eine möglichst attraktive Wasserführung erreicht wird.
Das Vorzeigeprojekt im Rahmen der Regionale 2013 verfolgt ein attraktives Stadtbild mit einer
hohen Aufenthaltsqualität und hat im Januar 2011 den dritten Regionale-Stern bekommen; was
eine vorrangige Förderung durch Landesmittel zur Folge hat.
Im Lehrstuhl Wasserbau und Hydromechanik sind derzeit 7 wissenschaftliche Mitarbeiter,
2 wissenschaftliche Hilfskräfte, 6 studentische Mitarbeiter sowie 3 Mitarbeiter in Technik und
Verwaltung beschäftigt. In den letzten 3 Jahren wurden Drittmitteleinnahmen in Höhe von etwa
1,5 Mio. € eingeworben. Der Lehrstuhl verfügt über geeignete Laboreinrichtungen zur Durchführung der Forschungsvorhaben, wie z. B. Versuchsgebäude zum Test von mobilen Hochwasserschutzsystemen, mobile Messeinrichtungen zur Durchführung von Naturmessungen und eine
umfangreiche Softwareausstattung im Bereich der numerischen Simulation, GIS etc. Eine hydraulische Umlaufrinne sowie eine hydraulische Rinne mit Wellenmaschine gehört ebenso zur Ausstattung wie zwei große Versuchshallen.
Forschung & Lehre
Baubetrieb und Bau-Projektmanagement
Die Arbeitsgebiete des Lehr- und Forschungsgebiets Baubetrieb und Bau-Projektmanagement
sind auf die Ausführung von Bauprojekten und die Organisation von Bauunternehmen ausgerichtet. Im Vordergrund stehen Maßnahmen der Arbeitsvorbereitung, der Kalkulation und des Vertragsmanagements. Die Aufgabenstellungen sind interdisziplinär und erfordern technische, wirtschaftliche und rechtliche Kenntnisse.
Das Lehr- und Forschungsgebiet Baubetrieb arbeitet eng mit dem Fachgebiet Baurecht zusammen, das von Herrn Hon. Prof. Dr. jur. Kai-Uwe Hunger vertreten wird.
Lehrinhalte
Die Vorlesungs- und Übungsveranstaltungen vermitteln im Bachelor-Studium berufsqualifizierende Kompetenzen, wie diese in Baubetrieben bei Bauleitern, Kalkulatoren und von den mit der
Arbeitsvorbereitung betrauten Ingenieuren erwartet werden. Die Studierenden lernen Projekte
zu organisieren, um in ihrer beruflichen Laufbahn auch für Leitungsaufgaben gerüstet zu sein.
Im Master-Studium werden unter Berücksichtigung wissenschaftlicher Anforderungen komplexe
Projektsysteme analysiert und auf dieser Grundlage ingenieurmäßige Lösungsstrategien entwickelt.
Themen der Module sind u.a
• Bauorganisatorische Strukturen
• Baumaschinen und Bauverfahren
• Bau-Projektplanung
• Baukostenermittlung
• Sicherheits- und Gesundheitsschutz auf Baustellen
• 5D-Projektmanagment
Die Veranstaltungen werden in Form
von Vorlesungen, Übungen und Seminaren abgehalten.
Forschung
Die Forschungsaktivitäten des Lehr- und Forschungsgebiets Baubetrieb und Bau-Projektmanagement sind auf die Bereiche der Bauorganisation, des Kostenmanagements und der Analyse gestörter Bauabläufe ausgerichtet. Anwendungsschwerpunkte sind dabei Baumaßnahmen im Bestand und schlüsselfertige Projekte.
F+E-Projekte werden vorwiegend bei der Bauindustrie und den Forschungsprogrammen der Bundesregierung eingeworben.
Praxisnähe / Praxisbezug
Zur besonderen Praxisorientierung der Lehrveranstaltungen werden Spezialthemen unter Beteiligung von Vertretern aus der Wirtschaft behandelt. Die Themenstellung und Betreuung von Abschluss- und Studienarbeiten erfolgt bevorzugt in Zusammenarbeit mit Baufirmen.
Ausstattung
Das Lehr- und Forschungsgebiet Baubetrieb ist mit einer Planstelle eines wissenschaftlichen Mitarbeiters / -in ausgestattet. Weitere Mitarbeiter werden über Forschungsprojekte finanziert.
Die Sachausstattung ist modern und ermöglicht eine praxisgerechte Ausbildung. Studierende
werden mit dem in der Bauindustrie weit verbreiteten Bau-Softwareprogrammen ARRIBA und
iTwo der Fa. RIB geschult. Das Programm iTwo führt die Daten des Entwurfs, des Bauablaufs und
der Kosten unter einer Oberfläche zusammen (Building Information Modeling) und ermöglicht
ein visuell gesteuertes Projektmanagement.
Praxisnähe
Prof. Dr.-Ing.
Reinhold Rauh
0271/740-2393
rauh@bau.uni-siegen.de
www.uni-siegen.de/fb10/subdomains/baubetrieb
Projektbeispiel (gefördert vom Bundesinstitut für Bau-, Stadt- und Raumforschung):
„Vertragliche Anreizsysteme zur Verbesserung der Bauqualität schlüsselfertiger Baumaßnahmen (QS-Orga)“
Forschungsansatz
Wissenschaftliche Studien belegen, dass sich die Qualitätsproblematik in der Bauwirtschaft trotz
zahlreicher Bemühungen (Stichworte: Präqualifikation und QM-Zertifizierung) eher verschlechtert als verbessert hat. Während der erste Bauschadensbericht der Bundesregierung aus dem
Jahr 1984 die Kosten der Mängelbeseitigung an Neubauten mit 0,6 Mrd. € beziffert, ist es laut
dem 2. DEKRA Bericht aus dem Jahr 2009 zu einer Steigerung auf 2,8 Mrd. € gekommen.
Zur Verbesserung dieser unbefriedigenden Situation entwickelt die Forschergruppe der Universität Siegen Instrumentarien, mit denen die Qualität eines Bauvorhabens quantitativ bewertet
werden kann. Auf dieser Grundlage wird ein qualitätsabhängiges Vergütungssystem (Bonus-/
Malus-Modell) eingeführt, mit dem gute Bauqualität honoriert, schlechte Bauqualität dagegen
sanktioniert wird. Diese Vorgehensweise stellt für die Auftragnehmer einen starken Anreiz dar,
auf die Bauqualität zu achten, die Auftraggeber erhalten ein erhöhtes Maß an Projektsicherheit.
Zielsetzung
Das Projekt verfolgt folgende Teilziele:
• Verbesserung der Kenntnisse und des
Verständnisses der dynamisch ablaufenden Mängel-Entstehungsprozesse,
insb. bei der Abwicklung schlüsselfertiger Bauvorhaben.
• Identifikation von Leistungsbereichen
mit erhöhtem Mängelrisiko
• Formulierung quantitativer Messgrößen der Qualitätsbeurteilung
• Entwicklung eines prozessorientierten
Mastermodells der Qualitätssicherung
• Entwicklung eines qualitätsabhängigen
Vergütungsmodells
Projektorganisation:
Das Forschungsprojekt wird in Zusammenarbeit mit dem TÜV-Süd bearbeitet. Beteiligt sind wissenschaftliche Mitarbeiter und
Doktoranden des Lehr- und Forschungsgebiets Baubetrieb. Studierende leisten durch
Studien- und Abschlussarbeiten wertvolle
Hilfe und gewinnen dabei einen interessan- Arbeitspakete
© 2011 Prof. Dr.-Ing. Reinhold Rauh
ten Einblick in die wissenschaftliche Bearbeitung von Problemen der Praxis.
Forschung & Lehre
Baukonstruktion, Bauphysik
und Holzbau
Die Arbeitsgruppe Baukonstruktion, Bauphysik und Ingenieurholzbau befasst sich schwerpunktmäßig mit der energetischen Planung und Modernisierung von Gebäuden - mit einer Konzentration auf die Baukonstruktion und die Bauteile der thermischen Gebäudehülle - und dem Ingenieurholzbau. Hervorzuheben ist, dass in Nordrhein-Westfalen die Universität Siegen der einzige
Standort ist, an dem Studierende des Bauingenieurwesens im Holzbau auf universitärem Niveau
professoral ausgebildet werden.
Die Aufgabenstellung ist klar vorgegeben durch die von der Bundesregierung beschlossenen
Energiewende, die nach der bis dahin unvorstellbaren Katastrophe im Atomkraftwerk Fukushima
in Japan im Frühjahr 2011 zu einem gesellschaftlichen Umdenken im Hinblick auf die zukünftige
Energieversorgung in Deutschland hin zu den Erneuerbaren Energien und weg von konventionellen Energieträgern sowie dem konsequenten Aus für die Nutzung der Kernenergie geführt hat.
Die Beschlüsse der Bundesregierung von Anfang Juni 2011 sehen unter anderem vor, die Treibhausgasemissionen bis 2020 um 40 Prozent und dann schrittweise bis 2050 um 80 bis 95 Prozent
bezogen auf das Vergleichsjahr 1990 zu senken. Diese Ziele können nur erreicht werden, wenn
auch der Gebäudesektor mit einbezogen wird. In Deutschland wird ungefähr 40 Prozent des gesamten Energiebedarfs allein für die Beheizung von Gebäuden und die Warmwasserbereitung benötigt. Damit dieser Anteil und damit verbunden auch die CO2-Emissionen in Zukunft spürbar
verringert werden, sollen ab 2020 alle Neubauten sogenannte Niedrigstenergiegebäude sein.
Hierbei handelt es sich um Gebäude, die einen fast bei Null liegenden Energiebedarf aufweisen.
Der geringe Restenergiebedarf soll dabei vorwiegend aus erneuerbaren Quellen wie Solarenergie, Geothermie, Bioenergie sowie Umweltwärme aber auch durch die Kraft-Wärme-Kopplung
gedeckt werden. Weiterhin ist geplant, auch den Gebäudebestand energetisch zu modernisieren,
um die gesteckten Klimaschutzziele in dem vorgesehenen engen Zeitraum zu erreichen.
Lehre und Weiterbildung
In der Lehre werden für die Studierenden
des Bauingenieurwesens im Bachelorstudium in den ersten Semestern die Baukonstruktion sowie die Bauphysik gelesen. Die
Baukonstruktion vermittelt grundlegende
Kenntnisse über Tragkonstruktionen sowie
konstruktive Details und behandelt auch
fächerübergreifende Themen wie Einwirkungen und Lasten auf Tragwerke, z. B.
Schneelasten und Windlasten. Die Bauphysik behandelt die klassischen Gebiete
Wärmeschutz und Energieeinsparung bei
Gebäuden, Feuchteschutz, Schallschutz
sowie den baulichen Brandschutz. Hier werden die Grundlagen vermittelt für das weiterführende
Pflichtfach „Bauphysikalische Gebäudeplanung und -sanierung“, das im Master-Studiengang
angeboten wird. Der Holzbau wird sowohl im Bachelorstudium als Pflicht- und Wahlpflichtfach
sowie im Masterstudium als Wahlpflichtfach in ganzer fachlicher Breite angeboten.
Pro Jahr werden ungefähr zehn Abschlussarbeiten betreut, die Wahlpflichtfächer sind sehr stark
nachgefragt Die Arbeitsgruppe Baukonstruktion, Bauphysik und Ingenieurholzbau gehört damit
zu den Fachgebieten mit einer sehr hohem Lehrbelastung.
Zudem bietet die Arbeitsgruppe regelmäßig Weiterbildungs-Veranstaltungen in Form von Seminaren an. Zielgruppe dieser Veranstaltungen sind Ingenieurinnen und Ingenieure sowie Architektinnen und Architekten aus der Praxis. Nachfrage und Resonanz der Seminarveranstaltungen sind
regelmäßig sehr gut.
Praxisnähe
Prof. Dr.-Ing.
Peter Schmidt
0271/740-2151
schmidt@bauwesen.uni-siegen.de
www.bau.uni-siegen.de
Vernetzung
Innerhalb der Universität bestehen Im Department Bauingenieurwesen naturgemäß Verknüpfungen zu den anderen Fachgebieten des konstruktiven Ingenieurbaus. Die Arbeitsgruppe ist
Mitglied im Institut für Konstruktiven Ingenieurbau (IKIB) sowie im Interdisziplinären Kompetenzzentrum Altbau (InKA) der Universität Siegen. Es bestehen enge Vernetzungen mit den Fachgebieten Baubetrieb und Projektmanagement sowie der Praktische Geodäsie und Geoinformation (Bauanalytik).
Innerhalb der Naturwissenschaftlich-Technischen Fakultät bestehen Verknüpfungen mit der Physik, der Biologie (z. B. Vermeidung des Schimmelpilzwachstums in Wohngebäuden) sowie der
Bauchemie (z. B. Entwicklung dualer – hochfester und wärmedämmender - Baustoffe).
Darüberhinaus sind Vernetzungen mit dem Department Architektur der Fakultät II gegeben. Insbesondere die Baukonstruktion, aber auch die Bauphysik sind Arbeitsgebiete für Bauingenieure
und Architekten gleichermaßen, hier besteht die größte Schnittmenge zwischen beiden Berufsgruppen. Eine enge Zusammenarbeit mit Architekten ist geboten.
Ausstattung
Personell ist die Arbeitsgruppe Baukonstruktion, Ingenieurholzbau und Bauphysik mit einer Professur und einer Planstelle für eine wissenschaftliche Mitarbeiterin bzw. einen wissenschaftlichen
Mitarbeiter ausgestattet.
Als Geräteausstattung sind eine Wärmebildkamera, eine Blower-Door zur Prüfung der Luftdichtheit der Gebäudehülle sowie verschiedene Messgeräte zur Bestimmung von Temperatur und
Feuchte vorhanden. Weiterhin verfügt die Arbeitsgruppe über geeignete Software und verschiedene Programme zur Berechnung von Wärmebrücken sowie zur energetischen Bilanzierung von
Gebäuden.
Projekte
Die Arbeitsgruppe Baukonstruktion, Ingenieurholzbau und Bauphysik kann Erfolge in der Bearbeitung kleinerer F+E-Projekte insbesondere mit Firmen der Region vorweisen und ein regelmäßiges
Weiterbildungsangebot bereitstellen. In diesem Kontext versteht die Arbeitsgruppe Baukonstruktion, Ingenieurholzbau und Bauphysik ihre Aufgabenschwerpunkte.
Die Arbeitsgruppe erarbeitet Lösungen für energetisch
optimierte Baukonstruktionen im Neubau und Bestand,
wobei insbesondere Maßnahmen an den Bauteilen der
Gebäudehülle den Schwerpunkt bilden. Neben der
Verbesserung des Wärmeschutzes – beispielsweise
durch Anordnung von Wärmedämmschichten oder
Verwendung von wärmedämmenden Baustoffen –
besteht eine Hauptaufgabe darin, Wärmeverluste infolge von Wärmebrücken zu verringern. Auf diesem Gebiet arbeitet die Arbeitsgruppe mit regionalen Herstellerfirmen für Holzhäuser zusammen und entwickelt
Lösungen für energetisch optimierte Bauteilaufbauten.
Ein weiterer Arbeitsschwerpunkt liegt in der Zusammenarbeit mit Herstellern von Fenstern und
Fensterglas. Hier bestehen seit mehreren Jahren enge Kontakte zu Firmen der Region. Die Dienstleistungen erstrecken sich hier auf beratende Tätigkeiten sowie Weiterbildungsangebote.
Forschung & Lehre
Bauinformatik und Massivbau
Die Bauinformatik – angefangen von der Programmierung einfacher Berechnungs- und Bemessungstools bis hin zur Anwendung aufwendiger Software – gehört heute zum Handwerkszeug des
in der Praxis tätigen Bauingenieurs und muss von ihm zuverlässig „bedient“ werden können.
Dabei hat die Massivbauweise (Stahlbetonbau, Spannbetonbau) eine zentrale Bedeutung; Betonkonstruktionen spielen die dominierende Rolle bei Bauwerken des Hoch- und Industriebaus. Im
besonderen Maße trifft das für den Brückenbau zu; über 90 % aller Brücken sind „massiv“ gebaut.
Lehre und Weiterbildung
In der Bauinformatik erstreckt
sich das Lehrangebot von den
Grundlagen der numerischen
Berechnung über den Einsatz von
FE-Berechnungsprogrammen zur
Berechnung ausgewählter Tragwerke im konstruktiven Ingenieurbau bis hin zur Programmierung nichtlinearer Aufgabenstellungen aus den Bereichen Massivbau, Statik und Dynamik.
Der Massivbrückenbau umfasst
den Entwurf und die Berechnung
der gängigen Brückentragwerke
sowie deren Unterbauten. Desweiteren wird die Überwachung,
Sanierung und Verstärkung bestehender Brückenbauwerke behandelt, was kontinuierlich an
Bedeutung gewinnt. Daraus ergibt sich auch der Bedarf, bereits bei der Neuplanung von Brückenbauwerken die Aspekte späterer Instandsetzung und Traglasterhöhung zu berücksichtigen.
Wegen der immer schneller werdenden Neuerungen und Veränderungen kommt der wissenschaftlichen Weiterbildung eine besondere Bedeutung zu. Zu ausgewählten Themen finden daher
regelmäßig Weiterbildungsveranstaltungen statt. Die Veranstaltungen sind sehr gut nachgefragt.
Forschung
Es sind die folgenden Forschungsarbeiten zu nennen:
•
•
•
Interaktive Bemessungs- und Berechnungshilfen im Stahlbetonbau
Entwicklung von Bemessungskonzepten für neue Baustoffe
Stabilitätsnachweise unter Berücksichtigung physikalisch und geometrisch nichtlinearen
Tragwerksverhaltens für Stahlbeton nach Eurocode 2 (2011)
Die Arbeitsgruppe ist Mitglied im iKIB (Institut für Konstruktiven Ingenieurbau). Mitgliedschaften
bestehen darüber hinaus beim DBV (Deutschen Beton- und Bautechnik-Verein) und beim fip
(Fédération Internationale du Béton).
Praxisnähe
Prof. Dr.-Ing.
Ulrich P. Schmitz
0271/740-2700
schmitz@bau.uni-siegen.de
www.bau.uni-siegen.de
Projektbeispiel:
Interaktive Berechnungs- und Bemessungshilfen im Stahlbetonbau
Das europäische Normenwerk zum Stahlbetonbau wurde gerade aktuell im Januar 2011 neu
herausgegeben. Damit verbunden waren eine Neugestaltung des Sicherheitskonzeptes und geänderte Nachweisführungen in den Grenzzuständen der Tragfähigkeit und der Gebrauchstauglichkeit. Ab Mitte 2012 soll dieses Normenwerk verbindlich für die Bemessung und Konstruktion
im Stahlbeton- und Spannbetonbau werden.
Teilsicherheitsbeiwerte
des Tragwiderstands
Grundkombination
Außergewöhnliche
Kombination
Ermüdung
Fertigteil mit
Überprüfung des
fertigen Bauteils
γC = 1,50
γS = 1,15
Beton
(LC12/13 ... C100/115)
Interaktionsdiagramm für den symmetrisch bewehrten Rechteckquerschnitt nach EC2-1-1
σ - ε - Beziehung:
LC16/18
ρ =
αcc =
η1 =
εc2 =
εcu2 =
Bewehrung
B500
ansteigender Ast
horizontaler Ast
1500 kg/m³
0,75 (DE)
σs
0,809
-2,00 [‰]
-2,83 [‰]
fcd = 8,0
n = 2,00
Rohdichteklasse: 1,6
ν Ed =
-3,2
εs
NEd
As2
b h f cd
-2,8
h
-2,4
fyd = 434,8 [N/mm2]
Dehnungszustand [‰]
MEd
As3
d2
As1As4
d1
30 25 20 15 10
5
0
-5
-0,1
d
NEd
-2,8
0,0
-2,4
0,1
b
-2,0
0,2
0,3
2,0
Nettoquerschnitt
-1,6
0,4
0,5
Dicke h :
50
Breite b :
d 1 = d2 :
30
5
-0,8
-0,670
Vorgaben zu Schnittgrößen und Bewehrung
μEd und νEd vorgeben
μEd =
0,200
νEd =
-0,500
ωtot und νEd vorgeben
ωtot =
0,200
νEd =
-0,800
MEd und NEd vorgeben
kNm
263,0
MEd =
kN
-1215,0
NEd =
As,tot und NEd vorgeben
As,tot=
33,5 cm2
NEd =
-1500,0 kN
μEd =
νEd =
ωtot =
αv =
ξ = kx =
ζ = kz =
ka =
ε2 =
ε1 =
εs2 =
εs1 =
1,243
0,764
0,659
0,736
0,400
-2,83 ‰
1,94 ‰
-2,35 ‰
1,46 ‰
0,8
0,91,5
1,01,9
1,1
0,0
0,396
μEd =
0,4
MEd
2
b h fcd
1,0
Ed
8,58
8,58
29,7
33,1
18,0
-373,0
251,3
-435,0
293,0
0,7
1,243
ωτοτ = 0
0,8
Ergebnisse
237,6 kNm
MEd =
-804,0 kN
N =
As1 =
As3 =
x=
z=
a=
Fs2 =
Fs1 =
σs2 =
σs1 =
0,6
-0,4
μEd und νEd im Diagramm einstellen
ωtot und νEd im Diagramm einstellen
0,3960
-0,670
1,0
-1,2
Querschnittsabmessungen, Randabstand der Bewehrung [cm]
cm2
cm2
cm
cm
cm
kN
kN
d1/h = 0,100
e0/h = -0,591
ρ1 =
ρ3 =
ρtot =
1,2
2,0
0,57 %
0,57 %
2,29 %
d1/h : 0,100
1,6
2,0
-2,8 ‰ / 1,5 ‰
2,4
N/mm2
N/mm2
ωtot =
As,tot =
34,3 cm
2
ε2 / εs1
A s,tot fyd
b ⋅ h fcd
A s,tot = A s1 + A s2 + A s3 + A s 4
f
= ω tot ⋅ b h cd
f yd
A s1 = A s2 = A s3 = A s 4
Einstellung von ωtot
Beton : LC12/13 bis LC50/55
Stahl : B500
0
0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1 1,2
0,396
Skalierung, ωmax =
1,0
2,0
1
Ziel des Projekts ist die Erstellung und Weiterentwicklung von interaktiv bedienbaren, elektronischen Hilfsmitteln, die zum einen ein schnelles Auffinden von Querverweisen in der Norm gewährleisten sowie Erläuterungen durch Hyperlinks ermöglichen und zum anderen Unterstützung
durch Bemessungs- und Berechnungshilfen als interaktive PC-Anwendungen bieten.
Der neue Eurocode 2 wird durchgängig interaktiv mit sich einblendenden Kommentaren, Hyperlinks u. a. m. erfasst und aufbereitet. Zahlreiche Bemessungshilfen (s. z. B. Abbildung) bieten
wertvolle Unterstützung und Lösungsmöglichkeiten auch bei nicht alltäglichen Fragestellungen.
Die Anwendung wird anhand eines umfassenden Hochbauprojekts erläutert.
Mit der Neuausgabe werden Tragwerke aus Normalbeton und Leichtbeton einschließlich des hochfesten Betons behandelt. Aus der Vielzahl der Betonfestigkeitsklassen und der damit verbunden
zahlreichen Varianten des Materialverhaltens – die Affinität der Spannungs-Dehnungs-Linien des
Beton gilt für hochfesten Beton und Leichtbeton nicht mehr – ergibt sich die Notwendigkeit für umfangreiche Bemessungshilfen, um alle möglichen Varianten angemessen zu berücksichtigen.
Es konnte zudem die Bedeutung der genaueren Erfassung von Querschnittswerten (sog. „Nettoquerschnitte“), insbesondere für den hochfesten Beton, belegt werden. Ergänzend zu den Regelfällen werden hierzu entsprechende Hilfsmittel erarbeitet. Es konnte zudem die Bedeutung der
genaueren Erfassung von Querschnittswerte (sog. „Nettoquerschnitte“) insbesondere für den
hochfesten Beton belegt werden. Ergänzend zu den Regelfällen werden hierzu entsprechende
Hilfsmittel erarbeitet.
2
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Forschung & Lehre
Stadt- und Verkehrsplanung
Planungen für die Stadt und den Verkehr von morgen gestalten das Leben in
unseren Städten und Dörfern, sie beeinflussen somit die Lebensqualität der
Menschen und die Entwicklung unserer Gesellschaft. Von zentraler Bedeutung sind dabei die Qualität der Straßenräume, die Funktionalität des Verkehrsablaufs und die Sicherheit auf den Straßen.
In Lehre und Forschung ergeben sich daraus folgende Arbeitsschwerpunkte:
Stadt- und Verkehrsplanung, Entwurf von Stadtstraßen, Verkehrsmanagement, Verkehrssicherheit und Umweltverträglichkeit.
Im Bachelorstudiengang werden den Studierenden Grundkenntnisse in den Themenfeldern
Umweltschutz, Stadtplanung, Verkehrsplanung, Schienenverkehr, Stadtstraßenentwurf und Verkehrssicherheit vermittelt. Interessierte können im letzten Semester vertiefende Kenntnisse in
der Verkehrstechnik sowie den zuvor genannten Themenfeldern erwerben und die Ausbildung
mit einer Bachelorarbeit in einem der Themenfelder abrunden.
Ziel ist es, den Bachelorabsolventinnen und -absolventen die erforderlichen Kompetenzen für
den Einsatz in einem Ingenieurbüro oder im gehobenen Dienst der öffentlichen Verwaltung für
die Planung und den Entwurf von Stadtstraßen zu vermitteln. Studierende, die später eine Tätigkeit in größeren Ingenieurbüros mit komplexeren Aufgabenstellungen oder im höheren Dienst
der Verwaltung anstreben bzw. sich für die Forschung interessieren und weiterreichende
akademische Ziele verfolgen, schließen an den Bachelorabschluss direkt die Masterausbildung an.
Im Masterstudiengang werden Module zur Verkehrsplanung, zum Verkehrsmanagement und
zum öffentlichen Verkehr angeboten. Inhaltlich stehen u.a. folgende Themen im Mittelpunkt:
Simulation und Modellierung des Verkehrsgeschehens auf Makro- und Mikroebene, Steuerungsverfahren zum Verkehrsablauf, Sicherheitsmanagement der Straßeninfrastruktur. Weitere Vertiefungen sind möglich im Rahmen von Studienarbeiten und der Masterarbeit.
In der Forschung liegt der Schwerpunkt auf der Verkehrssicherheit und der Gestaltung von
Stadtstraßenräumen. Die Forschung zur Verkehrssicherheit ist interdisziplinär angelegt. Von 1990
bis 2006 hat der Lehrstuhlinhaber gemeinsam mit dem Soziologen Dr. Dieter Ellinghaus in
jährlichem Rhythmus Publikationen zu unterschiedlichen Verkehrssicherheitsthemen erstellt.
Außerdem wurden Forschungsarbeiten zum Verhalten der Verkehrsteilnehmer im Team mit
Psychologen durchgeführt. Themenschwerpunkte sind u.a.: Verkehrssichere Gestaltung von
Stadtstraßen und Ortsdurchfahrten, Sicherheit auf Landstraßen, junge Fahrer und Verkehrssicherheit. Der Lehrstuhlinhaber ist zudem in der Ausbildung von Sicherheitsauditoren
(Weiterbildung von Verkehrsingenieuren zu anerkannten Verkehrssicherheitsauditoren) tätig.
Die Gestaltung von Stadtstraßenräumen als zweiter Arbeitsschwerpunkt des Lehrstuhls ist Thema
eines Arbeitsausschusses der Forschungsgesellschaft für Straßen- und Verkehrswesen, dem der
Lehrstuhlinhaber angehört. Dieser erarbeitet die für Deutschland gültigen Regelwerke für den
Entwurf von Straßen in Städten und Gemeinden.
Die durchgeführten Verkehrsprojekte haben zu
einem großen Teil einen regionalen Bezug. So
werden Gutachten zur Verbesserung der Verkehrsverhältnisse und zur Steigerung der Verkehrssicherheit erarbeitet, Semesterarbeiten und Abschlussarbeiten von Studierenden erfolgen in
Kooperation mit den Städten und Gemeinden der
Region. So wurden in der Gemeinde Erndtebrück auf
der Basis von Diplomarbeiten zwei Knotenpunkte zu
Kreisverkehren umgebaut und gewährleisten heute
einen besseren und sichereren Verkehrsablauf.
Praxisnähe
Prof. Dr.-Ing.
Jürgen Steinbrecher
0271/740-2211
juergen.steinbrecher@uni-siegen.de
www.verkehrsplanung.uni-siegen.de
Aktuell beschäftigen sich Studierende mit den Verkehrsverhältnissen in der Gemeinde
Neunkirchen. Dort werden Wohngebiete von Schleichverkehren und erhöhtem Schwerverkehrsaufkommen belastet. Mit Verkehrszählungen, Geschwindigkeitsmessungen und Unfallauswertungen analysieren die Studierenden die Situation und erarbeiten Lösungsvorschläge zur
Verbesserung der Situation.
Mit unserer Tätigkeit in Forschung und Lehre wollen wir einen Beitrag auf dem Weg zu einem
leistungsfähigen und sicheren Verkehrssystem mit gestalterisch anspruchsvollen und lebenswerten Straßenräumen leisten.
Die internationalen Aktivitäten des Lehrstuhls sind durch das Engagement im Bereich der
Verkehrssicherheit und durch Projekte zur Kompetenzentwicklung in Ländern Lateinamerikas und
Afrikas geprägt. Derzeit läuft ein Kooperationsprojekt mit der University of Namibia zum Aufbau
eines Bauingenieurstudiengangs. Dort erfolgt die Mitwirkung bei der Entwicklung der Curricula
und dem Aufbau der Laborausstattung, angestrebt wird eine langfristige Kooperation mit
Studierenden- und Wissenschaftleraustausch. Der Lehrstuhlinhaber ist zudem Koordinator eines
EU-Projektes zur Stärkung der Hochschulausbildung in Lateinamerika. Projektpartner sind sechs
lateinamerikanische Universitäten und die TU Lissabon. Die Laufzeit des Projektes beträgt drei
Jahre. Desweiteren wurde aktuell ein Projekt des Bundesministeriums für Bildung und Forschung
zur wissenschaftlich-technologischen Zusammenarbeit mit einer chilenischen Universität
genehmigt. Die Laufzeit beträgt zwei Jahre, Thema ist die ressourcenschonende Regional- und
Infrastrukturplanung. Im Rahmen dieser Kooperation wird eine Pilotstudie in einer Stadt
durchgeführt, die im Februar 2010 bei dem verheerenden Erdbeben in Chile zerstört wurde.
Forschung & Lehre
Baustatik
Baustatik ist ein Bindeglied zwischen der Technischen Mechanik und den konstruktiven Fächern
im Bauwesen (Massivbau, Stahlbau, Holzbau, usw.). Sie stellt die Grundlagen für das werkstofforientierte Entwerfen, Bemessen und Konstruieren dar und ist ein wesentlicher Bestandteil bei
der Entstehung eines Bauwerks in allen Entwicklungsphasen. Baustatik befasst sich mit der Modellbildung, Entwicklung der Rechenverfahren und Beurteilung der Berechnungsergebnisse zur
Beschreibung des mechanischen Verhaltens eines Bauwerks oder Bauteils.
Der Lehrstuhl für Baustatik ist dem Institut für Konstruktiven Ingenieurbau (IKIB) am Department
Bauingenieurwesen der Fakultät IV der Universität Siegen zugeordnet. Lehrstuhlinhaber ist Prof.
Dr.-Ing. habil. Chuanzeng Zhang. Der Lehrstuhl für Baustatik verfügt zurzeit über die folgenden
personellen und apparativen Ausstattungen:
• 3 Planstellen
• Mehrere Drittmittelstellen
• 1 Sekretariat
• 1 Baustatiklabor
• Hochleistungsrechner verschiedener Art
• FEM- und BEM-Programme: Ansys, Abaqus,
InfoGraph, Sofistik, RIB, R-Stab, usw.
• Präsentations- und Grafiksoftware: MSPowerpoint, Visio, Adobe-Photoshop, Adobe Page-Maker, Corel Draw, usw.
In der Lehre werden am Lehrstuhl für Baustatik die folgenden Veranstaltungen angeboten:
• Technische Mechanik (Engineering Mechanics)
• Baustatik (Structural Mechanics)
• Baudynamik (Structural Dynamics)
• Baustatik-Seminar (Structural Mechanics Seminar)
Die oben genanten Fächer gehören zu den wichtigsten Grundlagenfächern für den Bachelor- und
Masterstudiengang des Bauingenieurwesens.
In der Forschung kann der Lehrstuhl für Baustatik in den letzten Jahren eine ständige Steigerung
in seinen Forschungsaktivitäten aufweisen. Mehrere Forschungsprojekte wurden bzw. werden
am Lehrstuhl bearbeitet, die sowohl grundlagen- als auch praxisorientiert sind. Diese Projekte
wurden/werden von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG), von der Europäischen Union
(EU), vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF), vom Deutschen Akademischen
Austausch Dienst (DAAD) und von der Industrie gefördert.
Als Forschungsschwerpunkte des Lehrstuhls für Baustatik sind zu nennen:
• Computer-gestützte numerische Berechungsverfahren (Randelementmethode, Erweiterte
Finite Elemente Methode, Netzfreie Methode, usw.)
• Bruch- und Schädigungsanalyse von Bauteilen
• Anisotrope Werkstoffe unter Stossbeanspruchungen (z. B. Verbundwerkstoffe)
• Dynamische Analyse intelligenter Werkstoffe und Bauteile (z. B. Piezokeramik)
• Dynamische Analyse multifunktionaler Werkstoffe (z. B. Gradientenwerkstoffe)
• Ermüdungs- und Lebensdaueranalyse von Bauteilen
• Mechanisches Verhalten von Bauteilen aus rezykliertem Beton
• Feuerwiderstand von Bauteilen aus Hochleistungsbeton
• Erdbebenwiderstand von Bauteilen aus Hochleistungsbeton
Die Forschung am Lehrstuhl für Baustatik ist stark interdisziplinär ausgerichtet und findet unter
internationaler Beteiligung statt. Seit Jahren bestehen internationale Kooperationen mit vielen
Universitäten und Forschungseinrichtungen im Ausland. Durch die Forschungsarbeiten und die
internationalen Kooperationen hat der Lehrstuhl für Baustatik in den letzten Jahren eine Vielzahl
von wissenschaftlichen Veröffentlichungen publiziert.
Praxisnähe
Prof. Dr.-Ing. habil.
Chuanzeng Zhang
0271 / 740-2173
c.zhang@uni-siegen.de
www.baustatik.uni-siegen.de
Aktuelles Projektbeispiel
Funktional gradierte Werkstoffe und Bauteile
Funktionale Gradientenwerkstoffe (Functionally Gradient Materials bzw. FGMs) sind eine neuartige Werkstoffklasse von Verbundwerkstoffen, bei denen abrupte Übergänge zwischen den verschiedenen Werkstoffphasen vermieden werden sollen. Im Idealfall sollen sie kontinuierliche
Eigenschaftsprofile über das gesamte Bauteilvolumen besitzen, die optimal auf die beabsichtigten Anwendungen zugeschnitten sind. Eine kontinuierliche Variation der Materialeigenschaften
kann durch die stoffliche Zusammensetzung, geeignete Prozesstechnologien oder Bearbeitungsverfahren erzielt werden. Dadurch können im Prinzip alle erdenklichen Werkstoffeigenschaften
(wie z. B. Wärmeleitfähigkeit, Festigkeit, Bruchzähigkeit, Verschleißbeständigkeit, Korrosionsbeständigkeit, Bioverträglichkeit, usw.) einstellbar sein, die sich gezielt für bestimmte Anwendungen maßschneidern lassen. Gradientenwerkstoffe können jedoch auch Funktionseigenschaften
aufweisen, die durch einen direkten Materialübergang nicht erzielt werden können. Gradientenwerkstoffe haben potenzielle und innovative Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt (z. B.
Hitzeschutz- oder Wärmedämmschicht), Umwelt- und Energietechnik (z. B. Gasturbinen), Reaktortechnik (z. B. Brennstoffzelle), Medizintechnik, Biomaterialien, Schichttechnologie, Halbleitetechnik und Lichtleittechnik.
(c)
(a)
A
(b)
(e)
(d)
α = 0.5
Abbildung: (a) Gradientenwerkstoff; (b) Klassischer Verbundwerkstoff; (c) Gradierter Hohlzylinder unter
einem plötzlichen Innendruck (Stoßbelastung); (d) Umfangsspannungen am Innen- und Außenrand; (e)
Einfluss der Materialgradierung auf die Umfangsspannung.