Forschung

Die Professur vertritt die Analyse, Bemessung und konstruktive Durchbildung von Tragwerken des Stahl- bzw. Hybridbaus und setzt Schwerpunkte im Bereich der analytischen, numerischen und experimentellen Forschung. Dies schließt die Entwicklung und Anwendung computerorientierter Methoden und Simulationen von Tragstrukturen unter komplexen Beanspruchungen ein. Die nachfolgenden Forschungsschwerpunkte werden verfolgt:

Numerische Simulationsverfahren, nichtlineares Tragverhalten und Stabilität von Stahlkonstruktionen

Es werden numerische, computerorientierte Methoden weiterentwickelt und neue Erkenntnisse gewonnen, die eine genauere und damit sichere und wirtschaftliche Erfassung des Tragverhaltens von Konstruktionen und Bauteilen des Stahlbaus ermöglichen. Bislang nicht verfolgte, computerorientierte Ansätze zur Nachweisführung werden auf Ihre Eignung untersucht und Berechnungsverfahren auf Grundlage numerischer, geometrisch und physikalisch nichtlinearer Verfahren weiterentwickelt. Aktuelle Forschungsthemen behandeln in diesem Zusammenhang

  • die Erfassung des Shear Lag Effektes in der Stabtheorie,
  • Stabilitätsberechnungen nach der Fließzonentheorie,
  • numerische Ansätze zur Erfassung der materiellen Nichtlinearität in Strukturmodellen sowie
  • das Tragverhalten additiv gefertigter Stahlbauteile.

Ausgewählte Publikationen zum Forschungsschwerpunkt:

Ibáñez, S.; Kraus, M. (2022) Numerical Elastoplastic Analysis of Steel Cross Sections. In: Deutscher Ausschuss für Stahlbau, DASt-Kolloquium 2022, S. 77-80.

Kraus, M.; Winkler, P.; Hammer, S.; Reimann, J.; Hildebrand, J.; Bergmann, J. P. (2021) Geometric Imperfections of Additive Manufactured Members. In: Engineering Structures 252, 113596. (doi.org/10.1016/j.engstruct.2021.113596)

Ibáñez, S.; Kraus, M. (2021) A Numerical Approach for Plastic Cross-Sectional Analyses of Steel Members. In: Proceedings of the 9th European Conference on Steel and Composite Structures (EUROSTEEL 2021, Sheffield), ce/papers 4, No. 2-4, pp. 2098-2106. (doi.org/10.1002/cepa.1527)

Kraus, M.; Crisan, N.-A.; Wittor, B. (2021) Stability of Cantilever-Beams – Numerical Analysis and Analytical Calculation (LTB). In: Proceedings of the 9th European Conference on Steel and Composite Structures (EUROSTEEL 2021, Sheffield), ce/papers 4, No. 2-4, pp. 2199-2206. (doi.org/10.1002/cepa.1539)

Kindmann, R.; Kraus, M. (2020) Lohnen sich Stabilitätsnachweise nach der Fließzonentheorie? In: Festschrift zum 70. Geburtstag von Ingbert Mangerig, S. 145-151. (ISSN 1431-5122)

Mämpel, S.; Kraus, M. (2019) Influence of Structural Detailing on the Stability Behaviour of Truss Girders. In: Proceedings of the Nordic Steel Construction Conference (Nordic Steel 2019, Kopenhagen), ce/papers 3, No. 3 & 4, pp. 847-852. (doi: 10.1002/cepa.1143)

Kraus, M.; Kindmann, R. (2019) Finite-Elemente-Methoden im Stahlbau. 2. wesentlich überarb. u. erw. Auflage. Berlin: Ernst & Sohn. (ISBN 978-3-433-03149-0)

Kindmann, R.; Kraus, M. (2019) FE-Berechnungen mit Fließzonen für Tragfähigkeitsnach­weise nach DIN EN 1993-1-1 – Vereinfachte Berechnungsmethode für stabilitäts­gefährdete Bauteile. In: Stahlbau 88, H. 4,S. 354-362. (doi: 10.1002/stab.201900003)

Morgenthal, G.; Wang, W.; Kraus, M. (2019) Numerische Untersuchungen einer energiedissipierenden Schutzvorrichtung gegen Schiffsanprall. In: Stahlbau 88, H. 4, S. 314-323. (doi: 10.1002/stab.201900004)

Mämpel, S.; Kraus, M. (2018) Zur Ermittlung von Stabilisierungskräften verbandsausgesteifter Fachwerkbindersysteme. In: Deutscher Ausschuss für Stahlbau, DASt-Kolloquium 2018, S. 23-28. (ISBN 978-3-941687-27-1)

Kraus, M.; Mämpel, S. (2017) Zur computerorientierten Berechnung schubbeeinflusster Normalspannungen in Stäben. In: Stahlbau 86, H. 11, S. 951-960. (doi: 10.1002/stab.201710543)

Kraus, M.; Mämpel, S.; Crisan, A. (2017) Influence of Rails on the Stability of Crane Runway Girders. In: Proceedings of the 8th European Conference on Steel and Composite Structures (EUROSTEEL 2017). Kopenhagen: ce/papers 1, No. 2-3, pp. 1029-1038. (doi:10.1002/cepa.143)

Crisan, A.; Kraus, M.; Handabut, A. (2017) On the distortional buckling capacity of pallet rack uprights. Proceedings of the 8th European Conference on Steel and Composite Structures (EUROSTEEL 2017). Kopenhagen: ce/papers 1 (2017), No. 2-3, pp. 1627-1636. (doi:10.1002/cepa.206)

Kraus, M. (2017) Numerical Approach for Bending Stress Ascertainment in Beam Theory Considering Effects of Elastic Shear Lag. In: Engineering Structures and Technologies, Taylor & Francis, 9(1), pp. 1-8. (doi: 10.3846/2029882X.2017.1299966)

Kraus, M.; Mämpel, S. (2017) Kennwerte neuer und abgenutzter Kranschienen für die Bemessung von Kranbahnträgern. In: Stahlbau 86, H. 1, S. 36-44. (doi: 10.1002/stab.201710445)

Käsmaier, M.; Ebel, R.; Kraus, M.; Knobloch, M. (2016) Flexural Buckling Behaviour Considering Different Residual Stress Approaches. In: Proceedings of the International Colloquium on Stability and Ductility of Steel Structures (SDSS 2016). Timisoara/Romania, pp. 501-508. (ISBN 978-92-9147-133-1)

Strukturüberwachung, Lebensdauerbewertung und Rehabilitation von Stahl- und Verbundbauwerken

Für Bestandbauwerke ergeben sich häufig Fragestellungen hinsichtlich der Tragfähigkeit bzw. Standsicherheit sowie der Gebrauchstauglichkeit. Bedingt durch das größer werdende Verkehrsaufkommen und die damit verbundenen immer stärker werdenden Verkehrsbelastungen müssen bspw. bestehende Brückenbauwerke diesbezüglich überprüft und beurteilt werden. Mit einem Schwerpunkt auf Stahl- und Verbundkonstruktionen werden Untersuchungen bzgl. der sensortechnischen Überwachung, Standsicherheit bzw. Ermüdung sowie zur Lebensdauerbewertung durchgeführt. Es werden Nachrechnungskonzepte geschärft sowie Monitoring-gestützte Bemessungsmodelle entwickelt, die sich bspw. auf Bayes'sche Verfahren stützen. Darüber hinaus werden probabilistische Tragwerksanalysen unter Berücksichtigung von Instationaritäten in den zugrundliegenden zeitabhängigen Daten (bspw. in Klimadaten) weiterentwickelt. 

Ausgewählte Publikationen zum Forschungsschwerpunkt:

Fritz, H.; Walther, C.; Kraus, M. (2022) Piezoresistive Sensors for Monitoring Actions on Structures. In: Proceedings of the European Workshop on Structural Health Monitoring (EWSHM 2022, Palermo), Springer, No. 2, pp. 123-133. (doi: 10.1007/978-3-031-07258-1_14)

Arnold, R.; Kraus, M. (2022) Instationäre Berücksichtigung klimabeeinflusster Lasten für die semi-probabilistische Bemessung von Stahlkonstruktionen. In: Deutscher Ausschuss für Stahlbau, DASt-Kolloquium 2022, S. 21-24.

Kraus, M.; Chowdhury, S.; Wudtke, I. (2021) Intelligent Steel Structures – Model Updating Concepts for Innovative Design Strategies. In: Proceedings of the 9th European Conference on Steel and Composite Structures (EUROSTEEL 2021, Sheffield), ce/papers 4, No. 2-4, pp. 1021-1030. (doi.org/10.1002/cepa.1392)

Wang, W.; Morgenthal, G.; Kraus, M. (2020) Numerical evaluation of a novel crashworthy device for pier protection from barge impact. In: Engineering Structures 212, 110535. (doi: 10.1016/j.engstruct.2020.110535)

Kraus, M.; Wittor, B. (2019) Digital Roads – New Potentials for Assessing the Structural Behaviour of Steel and Composite Bridges. In: Proceedings of the Nordic Steel Construction Conference (Nordic Steel 2019, Kopenhagen), ce/papers 3, No. 3 & 4, pp. 139-144. (doi: 10.1002/cepa.1040)

Wudtke, I.; Kraus, M. (2019) Perspectives of Experimentally Based Design Strategies in Steel Engineering. In: Advances in Engineering Materials, Structures and Systems: Innovations, Mechanics and Applications. Proceedings of Seventh International Conference on Structural Engineering, Mechanics and Computation (SEMC 2019), Cape Town. CRC Press/Balkema, Taylor & Francis. (ISBN 978-1-138-38696-9, 978-0-429-42650-6)

Göbel, L.; Mucha, F.; Kavrakov, I.; Abrahamczyk, L.; Kraus, M. (2018) Einfluss realer Materialeigenschaften auf numerische Modellvorhersagen: Fallstudie Betonmast. In: Bautechnik 95, H. 2, S. 111-121. (doi: 10.1002/bate.201600091)

Göbel, L.; Mucha, F.; Jaouadi, Z.; Kavrakov, I.; Abrahamczyk, L.; Legatiuk, D.; Kraus, M.; Smarsly, K. (2016) Monitoring the Structural Response of Reinforced Concrete Poles Along High-Speed Railway Tracks. In: Proceedings of the International RILEM Conference on Materials, Systems and Structures in Civil Engineering (MSSCE 2016), Lyngby. (ISBN: 9788778774552)

Kraus, M.; Vette, J. (2014) On the Recalculation of Steel and Composite Bridges. In: Proceedings of the 7th European Conference on Steel and Composite Structures (EUROSTEEL 2014), Neapel. (ISBN 978-92-9147-121-8)

Kleben im Glas- und Metallbau

Neben den bekannten Verbindungstechniken im Hochbau wie Schrauben und Schweißen, gilt das Kleben als eine neue Möglichkeit der Fügetechnik. Zur Beurteilung geklebter Strukturen hinsichtlich ihrer Dauerhaftigkeit werden verschiedene zerstörungsfreie Analyseverfahren untersucht, um Rückschlüsse auf das Tragverhalten und die Tragfähigkeit der Klebefugen unter Berücksichtigung verschiedener klimatischer Einwirkungen zu ziehen. Diese daraus hervorgehenden Erkenntnisse werden zudem genutzt, um das Tragverhalten auf numerischer Ebene realitätsnah charakterisieren zu können.

Ausgewählte Publikationen zum Forschungsschwerpunkt:

Sirtl, C.; Kraus, M. (2020) Bewertung des Materialverhaltens geklebter Verbindungen im Stahl- und Glasbau. In: Deutscher Ausschuss für Stahlbau, DASt-Kolloquium 2020, S. 55-58. (ISBN 978-3-941687-31-8)

Sirtl, C.; Kraus, M. (2018) Bonding Quality of Joined Glass Components Exposed to UV and Fluidic Influences. In: Engineering Transparancy 2018, ce/papers 2, No. 5-6, pp. 399-408. (doi: 10.1002/cepa.940)

Sirtl, C.; Kraus, M.; Hadlich, C.; Osburg, A. (2018) Determination of Bonding Failures in Transparent Materials with Non-Destructive Methods – Evaluation of Climatically Stressed Glued and Laminated Glass Compounds. In: World Journal of Engineering and Technology, 6, pp. 315-331. (doi: 10.4236/wjet.2018.62020)

Kraus, M; Sirtl, C. (2018) Zum Tragverhalten klimatisch beanspruchter geklebter Stahl-Glas-Verbindungen. In: Festschrift zum 60. Geburtstag von Jörg Lange, S. 13-18. (urn:nbn:de:tuda-tuprints-74665)

Sirtl, C.; Kraus, M.; Hadlich, C.; Osburg, A.; Wondraczek, L. (2017) Zur Bewertung klimatisch beanspruchter geklebter Glasverbindungen. In: Glasbau 2017, B. Weller & S. Tasche (Hrsg.). Berlin: Ernst & Sohn und ce/papers 1 (2017), No. 1, pp. 254-275. (ISBN: 978-3-433-03171-1, und doi:10.1002/cepa.26)

Wittor, B.; Kraus, M. (2016) Faserverstärkte Klebstoffe im Metallbau. In: Deutscher Ausschuss für Stahlbau, DASt-Kolloquium 2016, S. 95-99. (ISBN 978-3-941687-19-6)

Innovative Glasfassadensysteme

Durch die Transparenz hat der Einsatz von Glas in Gebäudefassaden einen besonderen Stellenwert eingenommen. Gleichzeitig werden jedoch hohe Ansprüche am die klimatische Regelung von Gebäuden/Innenräumen gestellt. Im Zusammenhang mit dem Klimaschutz liegt darüber hinaus ein besonderer Fokus in der Reduzierung des Nutzenenergiebedarfs von Gebäuden, die sich durch innovative Lösungssystemen und entsprechende Forschungsansätze vorantreiben lässt.

Ausgewählte Publikationen zum Forschungsschwerpunkt:

Sirtl, C.; Kraus, M.; Hadlich, C.; Osburg, A. (2018) Determination of Bonding Failures in Transparent Materials with Non-Destructive Methods – Evaluation of Climatically Stressed Glued and Laminated Glass Compounds. In: World Journal of Engineering and Technology, 6, pp. 315-331. (doi: 10.4236/wjet.2018.62020)

Heiz, B. P. V.; Pan, Z.; Lautenschläger, G.; Sirtl, C.; Kraus, M.; Wondraczek, L. (2017) Ultrathin Fluidic Laminates for Large-Area Façade Integration and Smart Windows. In: Advanced Science, 4, 1600362, pp. 1-9. (doi: 10.1002/advs.201600362)

Polymermörtel-Klebverbindungen für den Ingenieurholzbau

Mittels Klebung können im Ingenieurholzbau hohe Beanspruchungen schlupffrei und dauerhaft übertragen werden. Neben dem industriellen Einsatz, beispielsweise zur Herstellung von Schichtholzprodukten, werden Holz-Holzverbindungen (Schäftungs-, Universal-Keilzinkenverbindungen etc.) aber auch Anschlüsse (eingeklebte Stahlstäbe oder Stahl-Lochbleche etc.) mittels Klebung realisiert. Die Klebfugendicke ist hierbei i. d. R. auf weniger als 2 mm begrenzt. Bedingt durch die chemische Formulierung der eingesetzten Klebstoffe und/oder zur Gewährleistung vollflächiger Klebverbindungen muss die Aushärtung in vielen Fällen unter Aufbringung eines Pressdruckes senkrecht zur Klebfuge erfolgen.

Bei erhöhten Anforderungen an den Toleranzausgleich, sowie in Fällen, in denen die Aufbringung eines Pressdruckes nicht realisierbar ist, stellen Klebverbindungen unter Verwendung mineralisch gefüllter Polymermörtel auf Epoxidharzbasis eine Alternative dar. Anknüpfend an vorausgegangene Untersuchungen am IKI (Professur Holz- und Mauerwerksbau) ist der Fokus des Forschungsschwerpunktes auf die Untersuchung hybrider Materialverbünde zwischen Holz und anderen Materialien, wie Beton, metallischen oder faserverstärkten Werkstoffen gerichtet. Die baupraktisch denkbaren Anwendungsfelder für kraftschlüssige, fugenfüllende Klebverbindungen sind vielfältig und reichen von schlupffreien Montageverbindungen über Verstärkungslösungen bis hin zu Überbaukonstruktionen für Straßenbrücken in Holz-Beton-Verbundbauweise.

Ausgewählte Publikationen zum Forschungsschwerpunkt:

Kästner, M.; Rautenstrauch, K. (2021): Polymermörtel‐Klebverbindungen für Holz‐Beton‐Verbundbrücken: Teil 1: Schubtragverhalten neuartiger Verbundfugenkonfigurationen. In: Bautechnik 98, SH Holzbau, Ausgabe 1, S. 23-30. doi.org/10.1002/bate.202000096

Kästner, M.; Rautenstrauch, K. (2021): Polymermörtel‐Klebverbindungen für Holz‐Beton‐Verbundbrücken: Teil 2: Biegetragverhalten, Bemessung und Ausführung. In: Bautechnik 98, SH Holzbau, Ausgabe 1, S. 31-39. doi.org/10.1002/bate.202000097

Kästner, M. (2020) Zum Tragverhalten von Polymermörtel-Klebverbindungen für die Anwendung bei Straßenbrücken in Holz-Beton-Verbundbauweise. Dissertation, Schriftenreihe des Instituts für Konstruktiven Ingenieurbau, Bauhaus-Universitätsverlag. (ISBN 978-3-95773-285-9)

Kästner, M.; Rautenstrauch, K. (2016) Efficient shear transfer in timber concrete-composite bridges by means of grouting with polymer mortar. In: J. Eberhardsteiner, W. Winter, A. Fadai, M. Pöll (Hrsg.): Proceedings of the World Conference on Timber Engineering WCTE 2016, Vienna, Austria, 22.–25.08.2016. (ISBN: 978-3-903039-00-1)

Kästner, M. (2016) Effiziente Schubübertragung in HBV-Straßenbrücken durch Vergussklebung. In: U. Kuhlmann, J. Postupka (Hrsg.): Doktorandenkolloquium Holzbau Forschung und Praxis, Stuttgart, 01./02.03.2016.

Jahreis, M.; Hädicke, W.; Kästner, M.; Rautenstrauch, K. (2014) Timber-Concrete Composite Bridges with Reinforced Timber Beams and Stud Connectors. In: S. Franke, B. Franke, R. Widmann (Hrsg.): COST Timber Bridge Conference – CTB 2014, Biel, Switzerland, 25./26.09.2014. (ISBN 978-3-9523787-4-8)

Kästner, M.; Jahreis, M.; Hädicke, W.; Rautenstrauch, K. (2014) Development of continuous composite joints on the basis of polymer mortar with matched properties. In: A. Salenikovich (Hrsg.): Proceedings of the World Conference on Timber Engineering WCTE 2014, Quebec City, Canada, 10.–14.08.2014. (ISBN 978-0-86488-559-3)

Kästner, M. (2014) Hybride Hochleistungsträger aus Holz und Kunststoffen für die Anwendung in HBV-Konstruktionen. In: U. Kuhlmann, K. Stephan (Hrsg.): Doktorandenkolloquium Holzbau Forschung und Praxis, Stuttgart, 06./07.03.2014.

Rautenstrauch, K.; Kästner, M.; Jahreis, M.; Hädicke, W. (2013) Entwicklung eines Hochleistungsverbundträgersystems für den Ingenieurholzbau. Bautechnik 90, Heft 1, S. 18-25. (doi: 10.1002/bate.201200054)

Im Folgenden finden Sie eine Übersicht über die drittmittelgeförderten Projekte der Professur Stahl- und Hybridbau seit 2015. Nähere Informationen und Ansprechpartner zu den Projekten können Sie den jeweiligen Projektseiten entnehmen. 

Projektart: Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL), Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.V. im Förderprogramm "Nachwachsende Rohstoffe" / Förderdauer: 2022 - 2025

Weitere Informationen finden Sie hier


Projektart: Thüringer Ministerium für Wirtschaft, Wissenschaft und Digitale Gesellschaft (TMWWDG) – Landesprogramm ProDigital /
Förderdauer: 2020 - 2023

Weitere Informationen finden Sie hier


Projektart: Thüringer Ministerium für Wirtschaft, Wissenschaft und Digitale Gesellschaft (TMWWDG) / Europäische Union (ESF) / Thüringer Aufbaubank / Förderdauer: 2020 - 2022

Weitere Informationen finden Sie hier


Projektart: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG), Sachbeihilfe /
Förderdauer: 2018 - 2022

Weitere Informationen finden Sie hier.


Projektart: Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) / AiF - Zentrales Innovationsprogramm Mittelstand (ZIM) / 
Förderdauer: 2019 - 2021

Weitere Informationen finden Sie hier


Projektart: Thüringer Ministerium für Wirtschaft, Wissenschaft und Digitale Gesellschaft (TMWWDG) / Europäische Union (EFRE) / Thüringer Aufbaubank / Förderdauer: 2020 - 2021

Weitere Informationen finden Sie hier


Projektart: Thüringer Ministerium für Wirtschaft, Wissenschaft und Digitale Gesellschaft (TMWWDG) / Europäische Union (ESF) / Thüringer Aufbaubank / Förderdauer: 2018 - 2020

Weitere Informationen finden Sie hier


Projektart: BAST Forschungsauftrag /
Förderdauer: 2018 - 2019

Weitere Informationen finden Sie hier


Projektart: Thüringer Ministerium für Wirtschaft, Wissenschaft und Digitale Gesellschaft (TMWWDG) / Europäische Union (EFRE) / Thüringer Aufbaubank / Förderdauer: 2017 - 2018

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Projektart: European Commission, Horizon 2020 /
Förderdauer: 2015 - 2017

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Im Folgenden finden Sie eine Übersicht über die experimentelle Ausstattung der Bauhaus-Universität Weimar und der Professur Stahl- und Hybridbau.

Foto: Professur Stahl- und Hybridbau, Bauhaus-Universität Weimar.

Das »Labor für Bauwerkssensorik und Datenanalyse« soll die Entwicklung, Validierung und Implementierung zukunftweisender neuer Konzepte des Bauwerksmonitorings nachhaltig unterstützen und als Katalysator zur Erschließung vielfältiger Forschungsvorhaben dienen. Gefördert wird das Sensoriklabor durch das Thüringer Ministerium für Wirtschaft, Wissenschaft und Digitale Gesellschaft (TMWWDG) in Höhe von 350.000 Euro.

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Foto: Professur Stahl- und Hybridbau, Bauhaus-Universität Weimar.

An der Professur befindet sich derzeit ein Labor (Trennen, Schleifen, Polieren, Ätzen, Lichtmikroskopie) im Aufbau, mit Hilfe dessen die Gefügestruktur und kristallographische Besonderheiten auf mikroskopischer Ebene (Kristallitebene) von Baustählen untersucht werden.

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Foto: Professur Stahl- und Hybridbau, Bauhaus-Universität Weimar.

Die Versuchstechnische Einrichtung (VTE) bildet einen wesentlichen Bestandteil des Instituts für Konstruktiven Ingenieurbau. Aufgabenstellungen der Forschung und Praxis kann die VTE durch modernste Versuchstechnik bearbeiten. Das Leistungsspektrum reicht von statischen und dynamischen Bauteilversuchen bis hin zu Tragwerks- und Tragfähigkeitsuntersuchungen, Bestandsuntersuchungen sowie zu Überwachungen und Monitoring von Bauwerken.

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