Table Of ContentTheorie und Berechnung
von Tragwerken
Aktuelle Forschungsbeitrage
Festsch rift
OTTO STEINHARDT
zum 65. Geburtstag
am 25. Februar 1974
Herausgegeben von K. Mohler und G. Valtinat
Versuchsanstalt fOr Stahl, Holz und Steine
der UniversiUit Fridericiana (TH) Karlsruhe
Springer-Verlag Berlin Heidelberg New York 1974
Herausgeber: Prof. Dr.-Ing. K. MOHLER und Prof. Dr.-Ing. G. VALTINAT
Mit 190 Abbildungen
lSBN-13: 978-3-642-93033-1 e-lSBN-13: 978-3-642-93032-4
DOl: 10.1 007/978-3-642-93032-4
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© by Springer-Verlag, Berlin/Heidelberg 1974. Library of Congress Catalog Card Number 73-20805.
Softcover reprint of the hardcover 1st edition 1974
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besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme, daB solche Namen im Sinne der Warenzeichen- und
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Offsetdruck: fotokop wilhelm weihert kg, Darmstadt. Einband: Konrad Triltsch, Wilrzburg.
In haltsverzeichnis
O. Prof. Dr.-Ing. OTTO STEINHARDT, Dr. sc. techno h.c.{ETH}............. V
Mitgliedschaften........................................................ IX
Veroffentlichungen...................................................... X
Doktoranden. . . . . . . . • . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . • . . . . . . . . . . . • . . . . . . . . . . . . . . . . . . XV
Habi 1 i tan den . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . XV
Thul, H.: StahlbrUckenbau in der Bundesrepublik Deutschland. .........•.. 1
Roik, K.: Beitrag zum Beulproblem bei stahlernen Kastentragern... .... ... 14
Weinhold, J.: Beitrag zur Frage Imperfektionen und Schwingungsverhalten
im BrUckenbau........................................................... 28
Buca, I. und G. Valtinat: Ober Geometrie und Tragfahigkeit auf Druck be-
anspruchter Kanten von Kastentragerquerschnitten........ ................ 38
Dubas, P.: Zur Erschopfungslast schubbeanspruchter Stehbleche. .••... .•.. 58
Skaloud, M.: Effect of Flange Stiffness upon the Ultimate Load Behaviour
of Thin Webs Subjected to a Partial Edge Load........... ................ 69
Horak, V.: Beurteilung von Baukonstruktionen.. ...... ..... ... ..... ....... 78
Mang, F. und W. Poehlmann: Zur Planung und zum BaJ von Triebwasserleitun-
gen - die Triebwasserleitung des Pumpspeicherwerkes Waldeck II.. .•...... 87
Schiller, A. und K.-G. WUrker: Rohre und Rechteckhohlprofile im Stahlbau 104
Well inger, K. und R. Zirn: Beitrag zur Beurteilung der Schwingfestigkeit
von geschweiBten Rohrknotenpunkten in Fachwerkkonstruktionen............ 116
Argyris, J.H., P.C. Dunne and T. Angelopoulos: Dynamic Response by Large
Step Integration........................................................ 125
StUssi, F.: Zur DurchfUhrung und Auswertung von ErmUdungsversuchen...... 149
Kosteas, D.: SpannungsriBkorrosion bei Aluminiumlegierungen.. .•......... 160
Boue, P.: Aufgaben, Ausbildung und Schwingungsverhalten von FuBganger-
brUcken aus Stahl....................................................... 173
Jungbluth, 0.: Entwerfen und Konstruieren im Konstruktiven Ingenieurbau. 183
Heimeshoff, B.: Das raumliche Problem der reinen Biegung eines Stabes
aus nichtlinear-elastischem, rhombisch-anisotropem Werkstoff....... ..... 193
Wegner, U.: Zur Plastizitatstheorie..................................... 208
Schreier, G.: Anwendung der Arbeitsgleichungen bei der Losung von Aufga-
ben II. Ordnung und Eigenschwingungsaufgaben..... ........... ... ......... 216
Rubin, H.: Erweiterung des Prinzips der virtuellen Krafte bei nichtline-
arer Systembeziehung ...............................................•.... 246
IV
Vogel. U.: Methoden und Kriterien fur eine wirtschaftliche Bemessung von
Stahlrahmen bei Anwendung des Traglastverfahrens........................ 262
Dimitrov, S. und A. Schutte: Knick- und Traglasten der StUtzen aus Bau-
stoffen mit nichtlinearen Momenten-KrUmmungsbeziehungen........ ..... .... 279
Vielsack, P.: Ein Sonderfall des nichtlinearen Biegetorsionsproblems.... 286
Muller, F.P.: Zur Bemessung stoBbeanspruchter Stahlbetonfundamente...... 291
Unger, H.: Die Berechnung der mitwirkenden Gurtflache bei veranderlicher
Gurtdicke............................................................... 310
Kollmann, F.: Festigkeit von Holzspanplatten als Bauteile........ .... ... 322
O. Prof. Dr.-Ing. OTTO STEINHARDT, Dr. sc. techno h. C. (ETH)
geboren am 25. Februar 1909 in Oberhausen (Rhld)
Als Folge des totalen Zusammen
bruchs am Ende des II. Weltkrie
ges setzte die wissenschaftliche
Arbeit an den deutschen hohen
Schulen zwar nur zogernd ein,
jedoch zeigte sie schon bald -
und dies insbesondere auch auf
dem Gebiet des "konstruktiven
Ingenieurbaus" - bemerkenswerte
Erfolge. Damals (1947) begann
O. STEINHARDT seine Lehr- und
Forschungstatigkeit auf den Ge
bieten der Baustatik, des Stahl
baus und des Ingenieurholzbaus
an der Karlsruher Technischen
Hochschule Fridericiana. Acht
zehn Monate spater - am 24. II.
1949 - erfolgte seine Ernennung
zum o. Professor, womit er die
Nachfolge von E. Gaber, dem
SchUler Fr. Engesser's antrat.
Zur 100. Wiederkehr des Geburts
tages dieses MitbegrUnders der
wissenschaftlichen Methodik in
der BrUckenbaukunst erwahnte
O. Steinhardt (zum 12. Februar
1948) in einem Festvortrag eini
ge Leitgeoanken Engesser's, die insbesondere deshalb interessant sind, weil sie
seither richtungsweisend fUr das gesamte Forschungsgebiet an der Karlsruher
" Ve r s u c h san s tal t fUr S t a h 1, H0 1 z un d S t e i n e " 9 e b 1 i eben sin d: "D i e t e c h ni s c hen
Probleme sind in der Regel auBerst kompliziert und konnen nur durch weitgehend
ste Abstraktion, also groBe Vereinfachung, praktisch bewaltigt werden. Die Schwie
rigkeit liegt dabei im Erfassen des Wesentlichen und Ausscheiden des Nebensach
lichen. Technische Probleme sind daher grundsatzlich nicht als bloBe Anwendungen
der Mathematik anzusehen; eine einfache, auf Erfassung der wesentlichen Bedin-
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gungen aufgebaute Formel ist (insbesondere fur den Konstrukteur) im allgemeinen
zweckentsprechender als eine moglichst mathematisch exakte, jedoch undurchsich
tige".- Naturlich erscheint heute, im Zeitalter der Computer, der Rahmen fur
"Mathematisierungen" ganz wesentlich erweitert.-
Als Kind des Ruhrgebietes besuchte O. Steinhardt das Oberhausener Realgymnasium,
studierte - nach ausgiebiger Praktikantenzeit in einer Dortmunder Bruckenbauwerk
statt und in einem technischen Buro der Firma Harkort, Duisburg - bis zum Sommer
1933 an der Technischen Hochschule Darmstadt. Er war dort, zunachst vorubergehend,
als Assistent H. Kayser's im "lngenieurlaboratorium" tatig, urn anschlieBend (1934
1936) in Koln-Wesseling und Hagen-Haspe als Statiker und amtlich geprufter SchweiB
fachingenieur zu wirken. Fur die Jahre 1936 bis 1938 verpflichtete ihn H. Kayser
erneut in sein Darmstadter Forschungsinstitut, zuletzt als Dr.-Ing. und als stell
vertretenden Leiter. In seiner damaligen Dissertation behandelte O. Steinhardt -
einer diesbezuglichen Anregung von F. Bleich folgend - ein aktuelles Problem uber
die Spannungsberechnung in gekrummten biegesteifen Staben; dabei wurden von ihm
die theoretische Losung, die Verifikation an wirklichkeitsnahen Modellen und prak
tisch brauchbare Naherungsansatze gleichzeitig erarbeitet. Hiermit zeigte sich
schon fruh - sowie dann spaterhin in seinem Handbuch "Theorie und Berechnung der
Stahlbrucken", das im Jahre 1958 im Springer-Verlag erschien -, daB der Verfasser
neben der notwendigen wissenschaftlichen Exaktheit immer auch die aus dem groBen
Schatz der lngenieurerfahrung kontinuierlich flieBenden Einsichten zur Geltung
bringen mochte. Aus der Tradition der Altmeister (wie z.B. O. Mohr und Fr. En
gesser) und ihrer Sachwalter und Mehrer (wie z.B. F. Bleich, A. Hawranek, F.Schlei
cher, E. Chwalla und F. Stussi) wird von ihm die Konsequenz gezogen, daB sich auch
in Zukunft die Theorien des Stahlbaus jeweils moglichst eng an veranderte werk
stoffliche und konstruktive Gegebenheiten anzupassen haben.
Ab Oktober 1938 arbeitete O. Steinhardt, zunachst als Statiker, spaterhin als Ab
teilungsleiter und schlieBlich als Handlungsbevollmachtigter in der Geschaftslei
tung der Firma J. Gollnow & Sohn (Stettin) - zusammen mit bedeutenden lngenieuren
wie A. Feige, H. Beer und J. Argyris. Nach dem Kriege wechselte er - im Zuge der
Wiederherstellung zerstorter Verkehrswege - mehrfach Standort und Wirkungsfeld,
urn schlieBlich (ab 1946) endgultig in Kalsruhe ansassig zu werden. Hier konnte
er damals - bis zu seiner Berufung an die Fridericiana - als Oberingenieur seiner
Firma auf eine mehr als 12jahrige Stahlbaupraxis zuruckblicken, die vom Bau fe
ster und beweglicher Brucken, vom Turm- und Mastbau, dem Bau von Raketenstartge
rusten, von Bahnhofs- und lndustriehallen bis hin zu groBen Montage-Verfahren
reichte.
Die w iss ens c h aft 1 i c h eTa t i 9 k e i t von O. Steinhardt
kann ab dem Jahre 1937 datiert werden; der nachstehende Auszug von V e r 0 f -
fen t 1 i c hun 9 e n mag hierzu einen Oberblick bieten: Der Verfasser die
ser Bucher, Skripten und Zeitschriftenaufsatze, der gleichzeitig urn eine ziel-
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strebige nationale und internationale Nor m u n 9 bemUht ist, vertritt die
Auffassung, daB die Grundlagen der "Technischen Mechanik", d.h. insbesondere
zeitgemaBe Tragwerkstheorien, die gleichzeitig werkstoffliche, konstruktive und
fertigungsabhangige "Imperfektionen" zu berUcksichtigen vermHgen, vor den (na
tUrlich asthetisch sehr befriedigenden!) geschlossenen mathematischen "LHsun
gen" den Vorzug verdienen.- So erwuchsen aus seinen zahlreichen Untersuchungen
Uber Niet-, Schrauben-, SchweiB- und Kleb-Verbindungen des Metallbaus, sowie
aus Messungen an wirklichkeitsnahen GroBmodellen praktisch verwertbare theore
tische Ansatze zur "vollstandigen Berechnung von orthotropen Platten im Stahl
bau" (1963 und 1965), zur "Anwendung der Energie-Methode auf Stabwerke" (1969),
zu "Lebensdauerfunktionen" bei schwingbeanspruchten Aluminiumverbindungen
(1971 und 1972), zu "Beulproblemen" an Kugel- (1968) und Zylinder-Schalen (1970
und 1972), zum "elastischen" und "unterbrochenen" Verbund, zu Fachwerk-Verbund
tragern, vorgespannten Seilnetztragern u.a.m.-
Zahlreiche temperaturabhangige SprHdbruch- und (dauerlastabhangige) ErmUdungs
Versuche fUr Druckrohrleitungen von Wasserkraftanlagen, einschlieBlich Entwurf,
Bemessung und AusfUhrung, bildeten ein ganz spezifisches Forschungsfeld o. Stein
hardt's und seiner engsten Mitarbeiter.- Weiterhin entwickelte sich eine sehr um
fangreiche angewandte Forschung in der Karlsruher "Versuchsanstalt" (abgesehen
von derjenigen fUr die Baustoffe Holz, Steine und Kunststoffe) auf dem Felde der
V e r bin dun 9 s t e c h n i k ; hier wurden nicht nur die HV-Technik fUr
den europaischen Raum aus der Taufe gehoben, sondern es folgten bald die Klebe
und VK-Technik im Metallbau, es wurden normgerechte biegesteife KopfplattenstHBe
und SL-Verbindungen (immer bei Einsatz von "hochfesten" Schrauben) entwickelt.
Seit einigen Jahren wendet sich O. Steinhardt in besonderer Weise wieder den ak
tuellen Problemen des Stahlhoch- und BrUckenbaus zu. Hier entstanden neben einem
einfUhrenden KongreBbericht (New York, 1968) Uber "Plastizitatstheorie" spaterhin
kritische theoretische Oberlegungen zur Berechnung geschweiBter Biegetrager (1970
und 1971) und zu den ersten deutschen "Traglast-Richtlinien" (1971 bis 1973); es
wurden aber auch Betrachtungen zum "Uberkritischen Verhalten" von Vollwandtragern
(London 1971) und zum Kastentrager-Problem (London 1973 und BrUssel 1974) theore
tisch entwickelt und an GroBmodellen verifiziert, die die internationalen BemUhun
gen sehr gefHrdert haben dUrften. In diesem Zusammenhang mHgen die Knick-Versuche
an einfachsymmetrischen Aluminiumstaben erwahnt sein (Paris 1973), die - durch
alternativen Ersatz des sogenannten w-Verfahrens in der Norm DIN 4113 - den we
sentlichen Schritt vom klassischen "Verzweigungsproblem" zu nichtlinearen (stoff
u n d formbedingten) Theorien offenlegen, wobei auch brauchbare Bemessungsformeln
fUr das Gesamtfeld des Stabknickens (also des Biege- u n d Dreh-Knickens!) re
sultierten.
Es konnte bei der Vielseitigkeit des Forschungsbetriebes in der Karlsruher "Ver
suchsanstalt" nicht ausbleiben, daB o. Steinhardt zur Obmannschaft bzw. zur Mit-
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arbeit in nationalen und internationalen Fachgremien aufgefordert wurde, in den en
er auch weiterhin mitwirkt (vgl. Anhang 2).- Oer AusfluB derartiger Tatigkeiten
beeinfluBt natUrlich auch die L e h r e an der heutigen Universitat Karlsruhe.
Hier wird laufend - anhand von immer wieder zeitgemaB zu Uberarbeitenden Skrip
ten und Sonderdrucken - einer strebsamen SchUlerschaft auf dem Felde des Metall
baus auBer den klassischen Grundlagen auch das lebendige Geschehen an der Front
der Entwicklungen der technischen Praxis vor Augen gefUhrt; bemerkenswerte Ois
sertationen und Habilitationen zeugen vom bisherigen Erfolg dieser BemUhungen.-
Jeder technisch-wissenschaftlichen Arbeit liegt, und dies gilt nach Ansicht von
O. Steinhardt ganz besonders ausgepragt fUr Standfestigkeitsnachweise im Kon
struktiven Ingenieurbau. neben der (unerlaBlichen) mathematisierbaren Logik ein
wesentlicher Anteil von als "Regeln der Baukunst" anerkannter Erfahrung zugrunde.
Aus dieser Einsicht heraus sollten selbst so leistungsfahige Methoden wie z.B.
diejenige der Mat r i zen - bzw. Tensorrechnung oder diejenige der "Finiten
Elemente", die beide oft ganze Programmsysteme bei Rechenzentren bewirkt haben,
auf den Anwendungsfeldern des Bauingenieurs immer bedachtig und selbstkritisch
vorbereitet sein. Denn bei allen digitalen Informationsdarstellungen kann die
"Ausgabe", Uber die dem Computer implizierten Regeln, im Zuge der "Verarbeitung"
grundsatzlich nie gehaltvoller als die "Eingabe" sein, wodurch die s e - in
ihren bei Tragwerken oft sehr komplexen VerknUpfungen einerseits von wahrschein
lichen Lastfallen und andererseits von Fakten wie Baugrund, Werkstoff, Verbindun
gen und "Imperfektionen" - fUr die Standsicherheit ausschlaggebend bleibt. Su
brauchbar also eine "gute Theorie" ist, sie kann bei ihrer Formulierung der "Pra
xis" nicht entbehren!
Berufs- und Privatleben erscheinen bei O. Steinhardt in harmonischer Weise ver
knUpft. Gemeinsame Interessen sind dabei oft nicht nur dem personlichen Kontakt
zu seinen Mitarbeitern dienlich, sondern sie fUhren ihn und seine Gattin Hilde
gard (1940) oft weit ins Ausland - offensichtlich besonders gern nach Agypten,
wo auch neute noch Freunde und Pferde ihn erwarten.
K. Mohler und G. Valtinat
Mitgliedschaften
Deutscher AusschuB fur Stahlbau (DASt)
Wissenschaftlicher Beirat und
Sachverstandigenausschusse des Instituts fur Bautechnik (If B)
LandesprufungsausschuB des Landes Baden-Wurttemberg
Beratendes Mitglied des Fachnormenausschusses fur Bauwesen (insbes. Arb.
AusschuB DIN 4113, Grundnorm im Stahlbau etc.)
Deutsche Delegation der Internationalen Vereinigung fur Bruckenbau und Hoch
bau (IVBH)
Verein Deutscher Ingenieure (VOl)
Deutscher Verband fur SchweiBtechnik (DVS)
8undesvereinigung der Prufingenieure fur Baustatik
Karlsruher Hochschulvereinigung e.V.
HOChschulverband
Beratendes Mitglied der Deutschen Forschungsgemeinschaft
Chairman des Technical Committee 17 "Tall Buildings"
fVlember des Joint Committee of JABSE-ASCE
Veroffentl ich un gen
a) BUcher und Schriften
FRIEDRICH ENGI:.SSER ... zum Gedachtnis. C.F. MUller. Karlsruhe 1949.+)
Uer Lehrstuhl fUr Stahl. Holz und Steinbau sowie die Versuchsanstalt fUr Stahl.
Holz und Steine (Geschichte und Entwicklung); aus: Festschrift zur 125-Jahrfeier
der Technischen Hochschule Fridericiana Karlsruhe. Karlsruhe 1950.
Die Entwicklung des Stahlbaus im Spiegel der amtlichen Bestimmungen; aus: Abhand
lungen aus dem Stahlbau "Stahlbau-Tagung Karlsruhe 1951". 1951. H. 10. +)
K~ln
Versuche zur Anwenaung vorgespannter Schrauben im Stahlbau. Teil I. Berichte des
Deutschen Ausschusses fUr Stahlbau. H. 18 (mit K. +)
K~ln 1954~ M~hler).
Theorie und Berechnung der StahlbrUcken. 1958 (mit
Berlin/G~ttingen/Heidelberg
A. Ha wr a n e k). +)
Gleitfeste Schraubenverbindungen im Stahlbau; aus: Festschrift "50 Jahre Deutscher
AusschuB fUr Stahlbau". 1958. +)
K~ln
Versuche zur Anwendung vorgespannter Schrauben im Stahlbau. Teil II. Berichte des
Deutschen Ausschusses fUr Stahlbau. 1959. H. 22 (mit K. +)
K~ln M~hler).
Die Karlsruher Versuche an PunktschweiBverbindungen. Berichte des Deutschen Aus
schusses fUr Stahlbau. Teil 1. K~ln 1960. H. 23 (mit G. Bierett). +)
HV-verschraubte Kopfplattenverbindungen bei biegefesten Stabwerken (Deutsch
Schweizer Gemeinschaftsversuche). Stahlbau-Verlag. 1961 (mit R.Schlaginhaufen).
K~ln
Versuche zur Anwendung vorgespannter Schrauben im Stahlbau. Teil III. Berichte des
Deutschen Ausschusses fUr Stahlbau. 1962. H. 24 (mit K. +)
K~ln M~hler).
Zur Tragfahigkeit von versteiften Flachblechtafeln im Metallbau. Berichte der Ver
suchsanstalt fUr Stahl. Holz und Steine der Technischen Hochschule. Karlsruhe 1963.
H.1 (mit G. Abdel Sayed). +)
Druckrohrleitungen fUr Wasserkraftanlagen (Neuere Entwicklungen). Berichte der Ver
suchsanstalt fUr Stahl. Holz und Steine der Technischen Hochschule. Karlsruhe 1965.
H. 2. +)
Zur vollstandigen Berechnung von "orthotropen Platten" im Stahlbau. Stahlbau und
Baustatik. Aktuelle Probleme. Wien/New York 1965. +)
Zur Tragfahigkeit von versteiften Kugelschalen im Metallbau. Berichte der Versuchs
anstalt fUr Stahl. Holz und Steine der Technischen Hochschule. Karlsruhe 1968. H.3
(mit M. Sawires). +)
Versuche zur Anwendung vorgespannter Schrauben im Stahlbau. Teil IV. Berichte
des Deutschen Ausschusses fUr Stahlbau. 1969. H. 25 (mit K. und
K~ln M~hler
G. Valtinat). +)
Ober die Anwendung der Energie-Methode auf Stabwerke; in: Aus Theorie und Pra
xis des Stahlbetonbaues - Festschrift zum 65. Geburtstag von Herrn Professor
Dr.-Ing. Gotthard Franz. Karlsruhe. Wilhelm Erst & Sohn. Berlin 1969. +)
