Geschichte der Baustatik 2e - Auf der Suche nach dem Gleichgewicht

V Zum Geleit IX Vorwort zur 2. Auflage XI Vorwort zur 1. Auflage 2 1 Aufgaben und Ziele der Historiografie der Baustatik 4 1.1 Wissenschaftsinterne Aufgaben 8 1.2 Ingenieurpraktische Aufgaben 9 1.3 Didaktische Aufgaben 11 1.4 Kulturelle Aufgaben 12 1.5 Ziele 12 1.6 Einladung zur Suche nach dem Gleichgewicht von Tragwerken in Zeitreisen 14 2 Lernen aus der Geschichte: Zwolf Einfuhrungsvortrage in die Baustatik 15 2.1 Was ist Baustatik? 15 2.1.1 Vorbereitungsperiode (1575 1825) 15 2.1.1.1 Orientierungsphase (1575 1700) 16 2.1.1.2 Applikationsphase (1700 1775) 17 2.1.1.3 Initialphase (1775 1825) 18 2.1.2 Disziplinbildungsperiode (1825 1900) 18 2.1.2.1 Konstituierungsphase (1825 1850) 19 2.1.2.2 Etablierungsphase (1850 1875) 20 2.1.2.3 Vollendungsphase (1875 1900) 21 2.1.3 Konsolidierungsperiode (1900 1950) 22 2.1.3.1 Akkumulationsphase (1900 1925) 23 2.1.3.2 Inventionsphase (1925 1950) 24 2.1.4 Integrationsperiode (1950 bis heute) 24 2.1.4.1 Innovationsphase (1950 1975) 25 2.1.4.2 Diffusionsphase (1975 bis heute) 26 2.2 Vom Hebel zum Fachwerk 27 2.2.1 Hebelgesetz nach Archimedes 27 2.2.2 Prinzip der virtuellen Verschiebungen 28 2.2.3 Allgemeiner Arbeitssatz 28 2.2.4 Prinzip der virtuellen Krafte 29 2.2.5 Parallelogramm der Krafte 30 2.2.6 Von Newton zu Lagrange 31 2.2.7 Das Kraftepaar 31 2.2.8 Kinematische oder geometrische Richtung der Statik? 32 2.2.9 Labil oder stabil, bestimmt oder unbestimmt? 33 2.2.10 Statische Synthesen 36 2.2.11 Schwedlers Dreigelenkrahmen 38 2.3 Die Entwicklung der hoheren technischen Bildung 38 2.3.1 Die Fach- und Militarschulen des Ancien Regimes 39 2.3.2 Wissenschaft und Aufklarung 40 2.3.3 Wissenschaft und Erziehung in der Franzosischen Revolution (1789 1794) 41 2.3.4 Monges Lehrplan fur die Ecole Polytechnique 42 2.3.5 Die Nachlaufer der Ecole Polytechnique in Osterreich, Deutschland und Russland 46 2.3.6 Ingenieurbildung in den Vereinigten Staaten 52 2.4 Eine Studie uber Erddruck auf Stutzmauern 54 2.4.1 Erddruckermittlung nach Culmann 55 2.4.2 Erddruckermittlung nach Poncelet 56 2.4.3 Spannungs- und Standsicherheitsnachweise 58 2.5 Einblicke in den Bruckenbau und die Baustatik des 19. Jahrhunderts 60 2.5.1 Hangebrucken 61 2.5.1.1 Osterreich 62 2.5.1.2 Bohmen und Mahren 62 2.5.1.3 Deutschland 63 2.5.1.4 Vereinigte Staaten 65 2.5.2 Holzbrucken 67 2.5.3 Mischsysteme 69 2.5.4 Die Goltzschtal- und die Elstertalbrucke (1845 1851) 71 2.5.5 Die Britannia-Brucke (1846 1850) 74 2.5.6 Die erste Dirschauer Weichselbrucke (1850 1857) 76 2.5.7 Der Garabit-Viadukt (1880 1884) 80 2.5.8 Baustatische Bruckentheorien 80 2.5.8.1 Reichenbachs Bogentheorie 82 2.5.8.2 Youngs Gewolbetheorie 85 2.5.8.3 Naviers Theorie der Hangebrucken 86 2.5.8.4 Naviers Resume des Lecons 87 2.5.8.5 Die Fachwerktheorie Culmanns und Schwedlers 88 2.5.8.6 Balkentheorie und Spannungsnachweis 89 2.6 Industrialisierung des Stahlbruckenbaus von 1850 bis 1900 89 2.6.1 Deutschland und Grossbritannien 92 2.6.2 Frankreich 93 2.6.3 Vereinigte Staaten 97 2.7 Einflusslinien 97 2.7.1 Eisenbahnzuge und Bruckenbau 100 2.7.2 Herausbildung des Begriffs der Einflusslinie 102 2.8 Der elastisch gebettete Balken 103 2.8.1 Die Winklersche Bettung 104 2.8.2 Die Theorie des Eisenbahnoberbaus 106 2.8.3 Von der Eisenbahnoberbautheorie zur Theorie des elastisch gebetteten Balkens 107 2.8.4 Erweiterungen durch die Geotechnik 109 2.9 Deformationsverfahren 109 2.9.1 Analyse eines Dreieckrahmens 110 2.9.1.1 Stabendmomente 111 2.9.1.2 Zwangskrafte 113 2.9.1.3 Superposition heisst, die Zustandsgrossen linear mit der Losung zu kombinieren 113 2.9.2 Deformationsverfahren und Fachwerktheorie bei rahmenartigen Systemen im Vergleich 114 2.10 Theorie II. Ordnung 114 2.10.1 Der Beitrag Josef Melans 115 2.10.2 Hangebrucken werden steifer 116 2.10.3 Bogenbrucken werden weicher 116 2.10.4 Die Differentialgleichung des querbelasteten Druck- und Zugstabes 117 2.10.5 Die Integration der Theorie II. Ordnung in das Deformationsverfahren 118 2.10.6 Wozu dienen fiktive Krafte? 121 2.11 Traglastverfahren 122 2.11.1 Erste Ansatze 124 2.11.2 Grundlegung des Traglastverfahrens 124 2.11.2.1 Josef Fritsche 125 2.11.2.2 Karl Girkmann 128 2.11.2.3 Andere Autoren 128 2.11.3 Das Paradoxon des Fliessgelenkverfahrens 131 2.11.4 Durchsetzung des Traglastverfahrens 131 2.11.4.1 Sir John Fleetwood Baker 132 2.11.4.2 Exkurs: ein Rechenbeispiel 134 2.11.4.3 Die britisch-amerikanische Schule der Traglasttheorie 135 2.11.4.4 Kontroverse um das Traglastverfahren 138 2.12 Baugesetz statisches Gesetz Bildungsgesetz 138 2.12.1 Die funf platonischen Korper 139 2.12.2 Anmut und Gesetz 142 2.12.2.1 Baugesetz 142 2.12.2.2 Statisches Gesetz 143 2.12.2.3 Bildungsgesetz 144 3 Die ersten technikwissenschaftlichen Grundlagendisziplinen: Baustatik und Technische Mechanik 145 3.1 Was ist Technikwissenschaft? 146 3.1.1 Erste Annaherung 148 3.1.2 Nobilitierung der Technikwissenschaften durch den philosophischen Diskurs 150 3.1.2.1 Der Beitrag der Systemtheorie 152 3.1.2.2 Der Beitrag des Marxismus 154 3.1.2.3 Die Theorie der Technikwissenschaften 157 3.1.3 Technik und Technikwissenschaften 162 3.2 Die Aufhebung des Enzyklopadischen im System der klassischen Technikwissenschaften: funf Fallbeispiele aus der Technischen Mechanik und der Baustatik 163 3.2.1 Zur Aktualitat des Enzyklopadischen 165 3.2.2 Franz Joseph Ritter von Gerstners Beitrag zur Mathematisierung der Bauwissenschaften 166 3.2.2.1 Gerstners Gegenstandsbestimmung der Technischen Mechanik 168 3.2.2.2 Festigkeit des Eisens 172 3.2.2.3 Theorie und Praxis des Hangebruckenbaus im Handbuch der Mechanik 174 3.2.3 Weisbachs Enzyklopadie der Technischen Mechanik 175 3.2.3.1 Das Lehrbuch 178 3.2.3.2 Die Erfindung des Handbuchs fur Ingenieure 180 3.2.3.3 Die Zeitschrift 180 3.2.3.4 Die Festigkeitslehre in Weisbachs Lehrbuch 183 3.2.4 Rankines Manuals oder: die Harmonie zwischen Theorie und Praxis 183 3.2.4.1 Rankines Manual of Applied Mechanics 186 3.2.4.2 Rankines Manual of Civil Engineering 187 3.2.5 Foppls Vorlesungen uber Technische Mechanik 188 3.2.5.1 Ursprung und Ziel der Mechanik 189 3.2.5.2 Aufbau der Vorlesungen 190 3.2.5.3 Die wichtigsten deutschsprachigen Lehrbucher der Technischen Mechanik 191 3.2.6 Das Handbuch der Ingenieurwissenschaften als Enzyklopadie der klassischen Bauingenieurwissenschaften 194 3.2.6.1 Eiserne Balkenbrucken 196 3.2.6.2 Eiserne Bogen- und Hangebrucken 198 4 Vom Gewolbe zum Bogen 201 4.1 Das Gewolbegleichnis 202 4.2 Das geometrische Denken in der Theorie gewolbter Brucken 202 4.2.1 Der Ponte S. Trinita in Florenz 205 4.2.1.1 Galilei und Guidobaldo del Monte 207 4.2.1.2 Hypothesen 208 4.2.2 Die Etablierung des neuen Denkens in der Bruckenbaupraxis am Beispiel der Nurnberger Fleischbrucke 209 4.2.2.1 Entwurfe zum Bau der Fleischbrucke 210 4.2.2.2 Entwurfe und Uberlegungen zum Lehrgerust 211 4.2.2.3 Das Tragverhalten der Fleischbrucke 213 4.3 Vom Keil zum Gewolbe oder: das Additionstheorem der Keiltheorie 214 4.3.1 Zwischen Mechanik und Architektur: die Gewolbetheorie an der Academie Royale d Architecture de Paris (1687 1718) 215 4.3.2 La Hire und Belidor 216 4.3.3 Epigonen 217 4.4 Von der Bruchbildanalyse in Gewolben zur Kantungstheorie 218 4.4.1 Baldi 220 4.4.2 Fabri 221 4.4.3 La Hire 222 4.4.4 Couplet 224 4.4.5 Bruckenbau noch immer Empirie 225 4.4.6 Coulombs Kantungstheorie 226 4.4.7 Monasterios Nueva Teorica 228 4.5 Die Stutzlinientheorie 228 4.5.1 Praludium 231 4.5.2 Gerstner 233 4.5.3 Auf der Suche nach der wahren Stutzlinie 235 4.6 Die Durchsetzung der Elastizitatstheorie 235 4.6.1 Der Dualismus von Gewolbe- und Bogentheorie bei Navier 236 4.6.2 Zwei Schritte vorwarts ein Schritt zuruck 238 4.6.3 Von Poncelet zu Winkler 242 4.6.4 Ein Ruckfall 243 4.6.5 Das Gewolbe ist nichts, der Bogen ist alles: der Sieg der Theorie des elastischen Bogens uber die Gewolbetheorie 244 4.6.5.1 Grandes Voutes 247 4.6.5.2 Zweifel 248 4.6.5.3 Modellversuche 250 4.7 Die Traglasttheorie der Gewolbe 251 4.7.1 Von Rissen und der wahren Stutzlinie im Gewolbe 253 4.7.2 Versagen von Gewolben 254 4.7.3 Die Grenzlastsatze der Traglasttheorie fur Gewolbe 254 4.7.4 Die Sicherheit von Gewolben 256 4.7.5 Analyse von gewolbten Brucken 260 4.7.6 Erweiterungen der Gewolbetheorie von Heyman 262 4.8 Finite-Elemente-Methode 266 4.9 Die Untersuchungen von Holzer 267 4.10 Zum epistemologischen Status der Gewolbetheorien 268 4.10.1 Keiltheorie 269 4.10.2 Bruchbildanalyse und Kantungstheorie 270 4.10.3 Stutzlinientheorie und Elastizitatstheorie der Gewolbe 271 4.10.4 Traglasttheorie der Gewolbe als Gegenstand der Historischen Baustatik 272 4.10.5 Finite-Elemente-Analyse von Gewolben 274 5 Geschichte der Erddrucktheorie 276 5.1 Stutzmauern im Festungsbau 279 5.2 Erddrucktheorie als Gegenstand des Militaringenieurwesens 280 5.2.1 Am Anfang war die schiefe Ebene 281 5.2.1.1 Bullet 282 5.2.1.2 Gautier 282 5.2.1.3 Couplet 283 5.2.1.4 Weitere Ansatze 285 5.2.1.5 Reibung reduziert den Erddruck 287 5.2.2 Von der schiefen Ebene zur Keiltheorie 290 5.2.3 Charles Augustin Coulomb 292 5.2.3.1 Erscheinungsformen der Adhasion 292 5.2.3.2 Bruchverhalten eines Mauerpfeilers 293 5.2.3.3 Der Ubergang zur Erddrucktheorie 295 5.2.3.4 Der aktive Erddruck 297 5.2.3.5 Der passive Erddruck 297 5.2.3.6 Bemessung 298 5.2.4 Ein Magazin fur Ingenieuroffiziere 300 5.3 Erweiterungen der Coulombschen Erddrucktheorie 300 5.3.1 Die Trigonometrisierung der Erddrucktheorie 300 5.3.1.1 Prony 301 5.3.1.2 Mayniel 302 5.3.1.3 Francais, Audoy und Navier 304 5.3.1.4 Martony de Koszegh 306 5.3.2 Der geometrische Weg 307 5.3.2.1 Jean-Victor Poncelet 308 5.3.2.2 Hermann Schefflers Kritik an Poncelet 309 5.3.2.3 Karl Culmann 311 5.3.2.4 Georg Rebhann 313 5.3.2.5 Treibende Widerspruche 315 5.4 Der Beitrag der Kontinuumsmechanik 316 5.4.1 Das hydrostatische Erddruckmodell 317 5.4.2 Die neue Theorie des Erddrucks 319 5.4.2.1 Carl Holtzmann 320 5.4.2.2 Der Geniestreich Rankines 321 5.4.2.3 Emil Winkler 323 5.4.2.4 Otto Mohr 325 5.5 Die Erddrucktheorie von 1875 bis 1900 326 5.5.1 Coulomb oder Rankine? 327 5.5.2 Erddrucktheorie als Gewolbetheorie 328 5.5.3 Erddrucktheorie a la francaise 332 5.5.4 Kotters mathematische Erddrucktheorie 335 5.6 Experimentelle Erddruckforschung 335 5.6.1 Vorlaufer der experimentellen Erddruckforschung 335 5.6.1.1 E. Cramer 336 5.6.1.2 B. Baker 337 5.6.1.3 A. Donath und H. Engels 338 5.6.2 Eine Sternstunde der Baugrundforschung 339 5.6.3 Erddruckversuche an der Versuchsanstalt fur Statik der Baukonstruktion der TH Berlin 342 5.6.4 Fehlerdiskussionen in der Endlosschleife 344 5.6.5 Die schwedische Schule des Erdbaus 347 5.6.6 Entstehung der Bodenmechanik 348 5.6.6.1 Drei Entwicklungslinien 349 5.6.6.2 Die disziplinare Konstruktion der Bodenmechanik 349 5.6.6.3 Konturen der phanomenologischen Erddrucktheorie 352 5.7 Erddrucktheorie in der Disziplinbildungsperiode der Geotechnik 355 5.7.1 Terzaghi 356 5.7.2 Rendulic 356 5.7.3 Ohde 358 5.7.4 Irrungen und Wirrungen 359 5.7.5 Ein publizistischer Schnellschuss 360 5.7.6 Grundbau + Bodenmechanik = Geotechnik 360 5.7.6.1 Der Bauingenieur als Soldat 362 5.7.6.2 Komplementares 364 5.8 Erddrucktheorie in der Konsolidierungsperiode der Geotechnik 364 5.8.1 Neue Subdisziplinen der Geotechnik 365 5.8.2 Erddruckbestimmung in der praktischen Baustatik 366 5.8.2.1 Die erweiterte Culmannsche E-Linie 367 5.8.2.2 Neue Erkenntnisse uber den passiven Erddruck 369 5.9 Erddrucktheorie in der Integrationsperiode der Geotechnik 370 5.9.1 Computergestutzte erdstatische Berechnungen 372 5.9.2 Geotechnische Kontinuumsmodelle 375 5.9.3 Von der Kunst des Schatzens 377 5.9.4 Die Geschichte der Geotechnik als Gegenstand der Bautechnikgeschichte 380 6 Die Anfange der Baustatik 382 6.1 Was ist Festigkeitslehre? 385 6.2 Zum Entwicklungsstand der Statik und Festigkeitsbetrachtung in der Renaissance 391 6.3 Galileis Discorsi 392 6.3.1 Erster Tag 395 6.3.2 Zweiter Tag 401 6.4 Die Entwicklung der Festigkeitslehre bis 1750 408 6.5 Das Bauingenieurwesen im ausgehenden 18. Jahrhundert 410 6.5.1 Die Vollendung der Balkentheorie 412 6.5.2 Franz Joseph Ritter von Gerstner 416 6.5.3 Einleitung in die statische Baukunst 417 6.5.3.1 Gerstners Analyse und Synthese von Tragstrukturen 421 6.5.3.2 Methodisierung des Tragwerksentwurfs bei Gerstner 422 6.5.3.3 Die Einleitung in die statische Baukunst als Lehrbuch der Analysis 422 6.5.4 Vier Bemerkungen zur Bedeutung von Gerstners Einleitung in die statische Baukunst fur die Baustatik 423 6.6 Die Herausbildung der Baustatik: Eytelwein und Navier 424 6.6.1 Navier 427 6.6.2 Eytelwein 429 6.6.3 Die Analyse des Durchlauftragers bei Eytelwein und Navier 430 6.6.3.1 Der Durchlauftrager in Eytelweins Statik fester Korper 434 6.6.3.2 Der Durchlauftrager in Naviers Resume des Lecons 437 6.7 Rezeption von Naviers Analyse des Durchlauftragers 440 7 Die Disziplinbildungsperiode der Baustatik 442 7.1 Clapeyrons Beitrag zur Herausbildung der klassischen Technikwissenschaften 442 7.1.1 Les Polytechniciens: gefesselter revolutionarer Elan der Polytechniker in der nachrevolutionaren Zeit 444 7.1.2 1820 bis 1831: Clapeyron und Lame in St. Petersburg 447 7.1.3 Clapeyrons Konstruktion des energetischen Imperativs der klassischen Technikwissenschaften 449 7.1.4 Bruckenbau und Dreimomentengleichung 452 7.2 Die Vollendung der Technischen Balkentheorie 455 7.3 Von der graphischen Statik zur Graphostatik 456 7.3.1 Die Begrundung der graphischen Statik durch Culmann 458 7.3.2 Zwei graphische Integrationsmaschinen 459 7.3.3 Rankine, Maxwell, Cremona und Bow 461 7.3.4 Differenzen zwischen graphischer Statik und Graphostatik 463 7.3.5 Die Durchsetzung der Graphostatik 464 7.3.5.1 Graphostatische Untersuchung raumlicher Gewolbe 466 7.3.5.2 Graphostatik im Ingenieurbau 470 7.4 Die Vollendungsphase der Baustatik 470 7.4.1 Der Beitrag Winklers 473 7.4.1.1 Die elastizitatstheoretische Fundierung der Baustatik 476 7.4.1.2 Die Theorie des elastischen Bogens als Grundlage des Bruckenbaus 481 7.4.2 Die Anfange des Kraftgrossenverfahrens 481 7.4.2.1 Beitrage zur Theorie statisch unbestimmter Fachwerke 486 7.4.2.2 Von der Fachwerktheorie zur allgemeinen Theorie der Stabwerke 493 7.4.3 Das Tragwerk als kinematische Maschine 493 7.4.3.1 Das Fachwerk als Maschine 494 7.4.3.2 Die Theoretische Kinematik Reuleaux und die Dresdener Schule der Kinematik 497 7.4.3.3 Kinematischer oder energetischer Imperativ in der Baustatik? 501 7.4.3.4 Der Pyrrhussieg des energetischen Imperativs in der Baustatik 501 7.5 Die Baustatik am Ubergang von der Disziplinbildungsperiode zur Konsolidierungsperiode 501 7.5.1 Castigliano 505 7.5.2 Grundlegung der klassischen Baustatik 509 7.5.3 Der Grundlagenstreit der klassischen Baustatik als Wiederaufnahmeverfahren 509 7.5.3.1 Der Anlass 510 7.5.3.2 Der Streit der Stellvertreter 511 7.5.3.3 Der Streit um den Geltungsanspruch der Theoreme von Castigliano 517 7.5.4 Geltungsbereich der Satze von Castigliano 518 7.6 Lord Rayleighs Werk The Theory of Sound und Kirpichevs Grundlegung der klassischen Baustatik 519 7.6.1 Der Rayleigh-Koeffizient und der Ritz-Koeffizient 521 7.6.2 Kirpichevs kongeniale Adaption 524 7.7 Die Berliner Schule der Baustatik 524 7.7.1 Zum Begriff der wissenschaftlichen Schule 525 7.7.2 Der Vollender der klassischen Baustatik: Heinrich Muller-Breslau 528 7.7.3 Die klassische Baustatik bemachtigt sich des Konstruierens im Ingenieurbau 531 7.7.4 Die Schuler Muller-Breslaus 533 7.7.4.1 August Hertwig 535 7.7.4.2 Die Nachfolger August Hertwigs 540 8 Vom Eisenbau zum modernen Stahlbau 542 8.1 Die Torsionstheorie im Eisenbau und in der Baustatik von 1850 bis 1900 542 8.1.1 Die Saint-Venantsche Torsionstheorie 547 8.1.2 Das Torsionsproblem in Weisbachs Lehrbuch 549 8.1.3 Die Torsionsversuche von Bach 552 8.1.4 Die Rezeption der Torsionstheorie durch die klassische Baustatik 556 8.2 Der Kranbau im Schnittpunkt von Maschinenbau, Elektrotechnik, Eisenbau und Baustatik 556 8.2.1 Rudolph Bredt ein bekannter Unbekannter 557 8.2.2 Die Firma Ludwig Stuckenholz in Wetter a. d. Ruhr 558 8.2.2.1 Bredts Aufstieg zum Maestro des Kranbaus 562 8.2.2.2 Kran-Typen der Firma Ludwig Stuckenholz 568 8.2.3 Bredts wissenschaftlich-technische Veroffentlichungen 568 8.2.3.1 Prufmaschine 569 8.2.3.2 Das Prinzip der Funktionstrennung im Kranbau 569 8.2.3.3 Kranhaken 569 8.2.3.4 Druckstabe 570 8.2.3.5 Fundamentanker 570 8.2.3.6 Druckzylinder 571 8.2.3.7 Stark gekrummte Stabe 571 8.2.3.8 Elastizitatstheorie 571 8.2.3.9 Ingenieurpadagogik 573 8.2.3.10 Torsionstheorie 574 8.2.4 Die Maschinenbauindustrie bemachtigt sich der klassischen Baustatik 578 8.3 Die Torsionstheorie in der Konsolidierungsperiode der Baustatik (1900 1950) 578 8.3.1 Die Einfuhrung eines technikwissenschaftlichen Begriffs: das Torsionstragheitsmoment 580 8.3.2 Die Entdeckung des Schubmittelpunktes 581 8.3.2.1 Carl von Bach 582 8.3.2.2 Louis Potterat 582 8.3.2.3 Adolf Eggenschwyler 583 8.3.2.4 Robert Maillart 585 8.3.2.5 Nachhutgefechte in der Debatte um den Schubmittelpunkt 585 8.3.3 Die Torsionstheorie im Stahlbau von 1925 bis 1950 588 8.3.4 Resumee 588 8.4 Auf der Suche nach der wahren Knicktheorie im Stahlbau 588 8.4.1 Die Knickversuche des Deutschen Stahlbau-Verbandes (DStV) 590 8.4.1.1 Der Welt grosste Versuchsmaschine 591 8.4.1.2 Die perfekte Knicktheorie auf Basis der Elastizitatstheorie 593 8.4.2 Die Deutsche Reichsbahn-Gesellschaft und die technisch-wissenschaftliche Gemeinschaftsarbeit im Stahlbau 593 8.4.2.1 Vereinheitlichung der Vorschriften des Stahlbaus 595 8.4.2.2 Grundung des Deutschen Ausschuss fur Stahlbau (DASt) 597 8.4.3 Exkurs: die Olympischen Spiele des Konstruktiven Ingenieurbaus 599 8.4.4 Paradigmenwechsel in der Knicktheorie 600 8.4.5 Die Standardisierung der neuen Knicktheorie in der deutschen Stabilitatsnorm DIN 4114 602 8.5 Stahlbau und Stahlbauwissenschaft von 1925 bis 1975 603 8.5.1 Vom Stab- zum ebenen Flachentragwerk 604 8.5.1.1 Theorie der mittragenden Breite 606 8.5.1.2 Konstruktive Neuerungen im deutschen Bruckenbau der 1930er-Jahre 609 8.5.1.3 Theorie des Tragerrostes 611 8.5.1.4 Die orthotrope Platte als Patent 613 8.5.1.5 Der Stahlbau zeichnet eine Anleihe beim Stahlbetonbau: die Hubersche Plattentheorie 616 8.5.1.6 Das Verfahren von Guyon-Massonnet 617 8.5.1.7 Theoriendynamik in der Stahlbauwissenschaft der 1950er- und 1960er-Jahre 618 8.5.2 Der Aufstieg des Stahlverbundbaus 619 8.5.2.1 Stahlverbundstutzen 621 8.5.2.2 Stahlverbundtrager 624 8.5.2.3 Verbundbruckenbau 627 8.5.3 Stahlleichtbau 632 8.5.4 Stahl und Glas gesellt sich gern 637 8.6 Exzentrische Bahnen Verlust der Mitte 640 9 Die Stabstatik erobert die dritte Dimension: Das Raumfachwerk 641 9.1 Die Entstehung der Theorie des Raumfachwerks 644 9.1.1 Die Reichstagskuppel 645 9.1.2 Die Grundlegung der Theorie des Raumfachwerks durch August Foppl 649 9.1.3 Integration der Theorie des Raumfachwerks in die klassische Baustatik 653 9.2 Das Raumfachwerk im Zeitalter seiner technischen Reproduzierbarkeit 654 9.2.1 Alexander Graham Bell 655 9.2.2 Wladimir Grigorjewitsch Schuchow 655 9.2.3 Walther Bauersfeld und Franz Dischinger 656 9.2.4 Richard Buckminster Fuller 658 9.2.5 Max Mengeringhausen 659 9.3 Dialektische Synthese von individueller Baugestaltung und serieller Fertigung 659 9.3.1 Die MERO-Bauweise und das Kompositionsgesetz fur Raumfachwerke 661 9.3.2 Das Raumfachwerk und der Computer 664 10 Der Einfluss des Stahlbetonbaus auf die Baustatik 666 10.1 Das erste Bemessungsverfahren im Stahlbetonbau 666 10.1.1 Die Anfange des Stahlbetonbaus 668 10.1.2 Vom deutschen Monier-Patent zur Monier-Broschure 671 10.1.3 Die Monier-Broschure 672 10.1.3.1 Die neuartige statisch-konstruktive Qualitat des Systems Monier 673 10.1.3.2 Die Anwendungsgebiete des Systems Monier 675 10.1.3.3 Die technikwissenschaftliche Grundlegung des Systems Monier 679 10.2 Der Stahlbetonbau revolutioniert das Bauwesen 681 10.2.1 Das Schicksal des Systems Monier 682 10.2.2 Das Ende der Systemzeit: Stahl + Beton = Stahlbeton 683 10.2.2.1 Der Napoleon des Stahlbetonbaus: Francois Hennebique 686 10.2.2.2 Der Stammvater des Rationalismus im Stahlbetonbau: Paul Christophe 691 10.2.2.3 Die Vollendung der Triade 696 10.3 Baustatik und Stahlbetonbau 697 10.3.1 Neuartige Tragwerke des Stahlbetonbaus 697 10.3.1.1 Emanzipation des Stahlbetonbaus vom Stahlbau: Rahmentragwerke 700 10.3.1.2 Erste Schritte des Stahlbetonbaus in die zweite Dimension: Plattentragwerke 713 10.3.1.3 Die erste Synthese 715 10.3.2 Statisch-konstruktive Selbstfindung des Stahlbetonbaus 715 10.3.2.1 Scheiben und Faltwerke 718 10.3.2.2 Stahlbetonschalen 753 10.3.2.3 Die zweite Synthese 755 10.3.2.4 Von der Kraft des Kalkuls 757 10.4 Der Spannbetonbau: Une revolution dans l art de batir (Freyssinet) 759 10.4.1 Leonhardts Spannbeton fur die Praxis 762 10.4.2 Die erste Norm im Spannbetonbau 763 10.4.3 Die Spannbetonvorschriften in der DDR 764 10.4.4 Der unaufhaltsame Aufstieg des Spannbetonbaus im Spiegel der Zeitschrift Beton- und Stahlbetonbau 766 10.5 Es ist vollbracht: Paradigmenwechsel in der Bemessung von Stahlbetonbauteilen auch in der Bundesrepublik Deutschland 768 10.6 Sichtbarmachung des Unsichtbaren: Bemessen und Konstruieren im Stahlbetonbau mit Stabwerkmodellen 768 10.6.1 Das Fachwerkmodell von Francois Hennebique 769 10.6.2 Das Fachwerkmodell von Emil Morsch 771 10.6.3 Die Kraft der Anschauung: Spannungsbilder von ebenen Flachentragwerken 773 10.6.4 Das Konzept der Stabwerkmodelle: Schritte zum ganzheitlichen Bemessen und Konstruieren im Stahlbetonbau 776 11 Die Konsolidierungsperiode der Baustatik 777 11.1 Das Verhaltnis von Text, Bild und Symbol in der Baustatik 779 11.1.1 Die historischen Stufen der Idee der Formalisierung 786 11.1.2 Der Statiker ein Symbolarbeiter? 787 11.2 Zur Entwicklung des Deformationsverfahrens 788 11.2.1 Der Beitrag der mathematischen Elastizitatstheorie 789 11.2.1.1 Elimination der Spannungen oder der Verschiebungen das ist hier die Frage 790 11.2.1.2 Ein Element aus der idealen Objektwelt der mathematischen Elastizitatstheorie: das elastische Stabsystem 791 11.2.2 Vom Gelenkfachwerk zum Fachwerk mit biegesteifen Knoten 792 11.2.2.1 Ein Element aus der realen Objektwelt des Ingenieurs: das Eisenfachwerk mit genieteten Knoten 793 11.2.2.2 Zur Theorie der Nebenspannungen 796 11.2.3 Vom Fachwerk zum Rahmentragwerk 798 11.2.4 Die Emanzipation des Deformationsverfahrens von der Fachwerktheorie 799 11.2.4.1 Axel Bendixsen 800 11.2.4.2 George Alfred Maney 801 11.2.4.3 Willy Gehler 801 11.2.4.4 Asger Ostenfeld 802 11.2.4.5 Ludwig Mann 803 11.2.5 Das Deformationsverfahren in der Inventionsphase der Baustatik 804 11.3 Die Rationalisierungsbewegung in der Baustatik 805 11.3.1 Der operative Symbolgebrauch in der Baustatik 808 11.3.2 Rationalisierung des statisch unbestimmten Rechnens 809 11.3.2.1 Orthogonalisierungsverfahren 809 11.3.2.2 Spezielle Verfahren aus der Theorie der linearen Gleichungssysteme 810 11.3.2.3 Baustatische Iterationsverfahren 814 11.3.3 Der duale Bau der Baustatik 816 11.4 Konrad Zuse und die Automatisierung des statischen Rechnens 817 11.4.1 Schematisierung des statisch unbestimmten Rechnens 818 11.4.1.1 Schematisierter Rechengang 821 11.4.1.2 Erster Schritt zum Rechenplan 824 11.4.2 Die Rechenmaschine des Ingenieurs 826 11.5 Der Matrizenkalkul 826 11.5.1 Der Matrizenkalkul in der Mathematik und theoretischen Physik 827 11.5.2 Tensor- und Matrizenalgebra in den technikwissenschaftlichen Grundlagendisziplinen 830 11.5.3 Zur Integration des Matrizenkalkuls in die Ingenieurmathematik 833 11.5.4 Ein baustatisches Matrizenverfahren: das Ubertragungsverfahren 836 12 Herausbildung und Etablierung der Computerstatik 837 12.1 The Computer shapes the theory (Argyris): Die historischen Wurzeln der Finite-Elemente-Methode 840 12.1.1 Stabwerkmodelle fur elastische Kontinua 840 12.1.1.1 Das raumliche Fachwerkmodell von Kirsch 841 12.1.1.2 Fachwerkmodelle fur elastische Scheiben 843 12.1.1.3 Die Entstehung der Gitterrostmethode 845 12.1.1.4 Erste computergestutzte Strukturanalysen in der Fahrzeugindustrie 849 12.1.2 Modularisieren und Elementieren von Flugzeugstrukturen 849 12.1.2.1 Vom kastenformigen Raumfachwerktrager zum Schubfeldtrager und Schubfeldschema 856 12.1.2.2 Hochgeschwindigkeits-Aerodynamik, Elementierung des Schubfeldtragers und Matrizenrechnung 860 12.2 Die matrizenalgebraische Reformulierung der Strukturmechanik 860 12.2.1 Die Grundlegung der modernen Strukturmechanik 864 12.2.2 Die ersten Gehversuche der Computerstatik in Europa 864 12.2.2.1 Schweiz 865 12.2.2.2 Grossbritannien 867 12.2.2.3 Bundesrepublik Deutschland 871 12.3 Die FEM eine allgemeine Technologie technikwissenschaftlicher Theoriebildung 871 12.3.1 Zur klassischen Veroffentlichung einer nichtklassischen Methode 875 12.3.2 Von der heuristischen Potenz der FEM: die direkte Steifigkeitsmethode 878 12.4 Die Grundlegung der FEM durch Variationsprinzipien 879 12.4.1 Das Variationsprinzip von Dirichlet und Green 879 12.4.1.1 Ein einfaches Beispiel: der langsbelastete elastische Dehnstab 881 12.4.1.2 Die Gottinger Schule um Felix Klein 882 12.4.2 Die erste Stufe der Synthese: das kanonische Variationsprinzip von Hellinger und Prange 883 12.4.2.1 Pranges Habilitationsschrift 886 12.4.2.2 Im Orkus des Vergessens 887 12.4.2.3 Erste Schritte des Erinnerns 887 12.4.2.4 Eric Reissners Beitrag 889 12.4.3 Die zweite Stufe der Synthese: das Variationsprinzip von Fraeijs de Veubeke, Hu und Washizu 892 12.4.4 Variationsformulierung der FEM 895 12.4.5 Ein folgenschwerer Symmetriebruch 897 12.5 Computational Mechanics 900 13 Dreizehn wissenschaftliche Kontroversen in der Mechanik und Baustatik 901 13.1 Die wissenschaftliche Kontroverse 901 13.2 Dreizehn Streitfalle 901 13.2.1 Galileis Dialogo 902 13.2.2 Galileis Discorsi 903 13.2.3 Der philosophische Streit um das wahre Kraftmass 904 13.2.4 Der Streit um das Prinzip der kleinsten Aktion 905 13.2.5 Die Peterskuppel im Streit der Theoretiker und Praktiker 907 13.2.6 Diskontinuum oder Kontinuum? 908 13.2.7 Graphische Statik vs. Graphostatik oder: die Verteidigung der reinen Lehre 909 13.2.8 Eine Feindschaft schafft zwei Schulen: Mohr gegen Muller-Breslau 910 13.2.9 Der Stellungskrieg 912 13.2.10 Bis dass der Tod euch scheidet: Fillunger gegen Terzaghi 913 13.2.11 "Im Prinzip ja " : der Streit um die Prinzipien 915 13.2.12 Elastisch oder plastisch das ist hier die Frage 916 13.2.13 Vom Bestand des Klassischen in der Erddrucktheorie 917 13.3 Resumee 918 14 Perspektiven der Historischen Baustatik 920 14.1 Baustatik und Asthetik 920 14.1.1 Das Schisma der Baukunst 921 14.1.2 Schonheit und Nutzen in der Baukunst eine Utopie? 925 14.1.3 Alfred Gotthold Meyers Eisenbauten. Ihre Geschichte und Asthetik 928 14.1.4 Das Asthetische in der Dialektik von Bauen und Rechnen 933 14.2 Historische Technikwissenschaft Historische Baustatik 934 14.2.1 Saint-Venants Historische Elastizitatstheorie 935 14.2.2 Historische Gewolbetheorie 936 14.2.3 Historisch-genetische Statiklehre 937 14.2.3.1 Historisch-logische Langsschnittanalyse 938 14.2.3.2 Historisch-logische Querschnittanalyse 938 14.2.3.3 Historisch-logischer Vergleich 938 14.2.3.4 Inhalte, Ziele, Mittel und Charakteristik der historisch-genetischen Statiklehre 938 14.2.4 Computergestutzte Graphostatik 944 15 Kurzbiografien von 243 Protagonisten der Baustatik 1062 Bibliografie 1147 Personenregister 1157 Sachregister