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Rezension

Physical Models: Their historical and current use in civil and building engineering design

Rezension

von Dipl.-Ing. Eberhard Pelke, Mainz

Bill Addis ist eine der prägenden Persönlichkeiten der neuen Disziplin Bautechnikgeschichte. Ausgezeichnet mit einem Abschluss der Philosophie und des Bauingenieurwesens sammelte er in seinem Berufsleben Erfahrungen auf forschender und praktizierender Seite. Ein bedeutendes und tiefgreifendes Schriftenverzeichnis ging daraus hervor. Nur zwei Jahre nach seiner Doktorarbeit präsentierte Addis 1988 der internationalen Öffentlichkeit [1] auf der IABSE-Konferenz in Helsinki 1988 erste Arbeitshypothesen zum Verhältnis forschendem zu planendem Ingenieur und deren Beiträge zum Bauwesen. Messungen an maßstabsgerechten Modellen könnten helfen, die unterschiedlichen Tätigkeiten, Methoden und Ziele von Ingenieuren, Wissenschaftlern oder auch Konstrukteuren (im Sinne von Bauausführenden) bei Auswahl und Verwendung von mathematischen und physikalischen Verfahren zu überwinden. Dieser Dreiklang unseres Berufes und seine Verknüpfungen durch Messungen an maßstabsgerechten Modellen ließ Bill Addis nicht mehr los.

Mit seinem nun als Herausgeber vorgelegten Buch „Physical Models“ schließt Addis den Kreis seiner wesentlichen Veröffentlichungen [2], [3] und [4] zu Forschung, Entwurf und Konstruktion im Bauingenieurwesen.

Das Werk unterteilt sich in fünf Teile. Die ersten drei widmen sich der chrono logischen Entwicklung (bis 1880, 1890–1930, 1940–1980) von Modellen im Bau ingenieurwesen bis zu deren Niedergang, ausgelöst durch die Finite-Elemente-Methode (FEM). Es folgt ein Kapitel, das den Übergang der Modellmethodik auf nicht-konstruktive Themenbereiche wie Wasserbau, Strömungsmechanik und Windkanäle, Erdbeben, Geotechnik und Raumakustik beschreibt. Abgeschlossen werden die rund 1050 Seiten durch Informationen zu aktuellen Anwendungsgebieten und Akteuren.

Addis vermeidet, sein Werk allein zur Vollendung zu bringen, und portioniert jeden der fünf Teile geschickt in 39 gut lesbare „papers“. Aussagekräftige und mit dem Segment langjährig vertraute Autoren oder gar Zeitzeugen bringen einzelne Puzzlesteine herbei, die Addis am Anfang eines jeden Teils in einer kurzen Einführung zu einem Ganzen zusammenfügt. So ist das Buch überraschend gut lesbar und erlaubt chronologisch die Entwicklung der Versuchsmodelle zu erleben oder kapitelübergreifend sich einer Konstruktion oder Disziplin zu widmen.

Einige Aufsätze seien subjektiv herausge griffen: Die Einführung des Maßstabsfaktors und erste Schritte, Tragwerksentwürfe durch Modelle messbar zu bestätigen, bringt Andreas Kahlow dem Leser in seinem Beitrag zu „Leonhard Euler (1707–1783) und einer 300-Meter-Holzbrücke“ näher. Ausdrücklich würdigt er die vorausgehenden Leistungen von Pieter van Musschenbroek (1692–1761) und Ivan Petrovich Kulibin (1735– 1818). Das erste große Projekt, das von Messmodellen profitierte, die Britannia-Brücke (1845–50), behält sich Bill Addis selbst vor.

Beeindruckend beschreibt Santiago Huerta den Weg der Mauerwerksgewölbe von der Bruchtheorie hin zum elastischen Bogen und, Jacques Heyman und seiner aus dem Stahlbau abgeleiteten Plastizitätstheorie sei gedankt, wieder zurück zur Bruchlinientheorie. Verhaltens- und Messmodelle zeigten den Weg.

Mit Amüsement habe ich innerhalb des Beitrages von Denis Smith zu „Modellanwendungen beim Entwurf von Hänge- brücken im frühen 19. Jahrhundert“ den Streit zwischen James Dredge (1794–1863) und Thomas Motley (vermutl. 1787– ca. 1851) zur Schrägseilbrücke mit gestaffelter Tragkette gelesen, die anhand von Modellen ausgetragen wurde.

Der italienische Sonderweg des italienischen Architektur-Ingenieur-Ansatzes wird transparent durch die Beiträge Mario Alberto Chiorinos und Gabriele Neris zu Modellversuchen in der Zeit vor und nach 1945 mit Schwerpunkt Gründung, Zenit und Niedergang des Insituto Serimentale Modelli e Strutture (ISMES) beschrieben. Der Modellmethodik zu Dämmen des ISMES sind Aufsätze von Mike Chrimes und Bill Addis zur historischen Entwicklung von Entwurf und Bemessung an mehreren Beispielen, so dem Assuan Damm (Ägypten, um 1900) und Hoover Damm (USA, 1930–1936), vorgesetzt. Die epochemachenden Hochhausmodelle des Pirelli-Gebäudes (Mailand), von Pier Luigi Nervi vom ISMES untersucht, finden ihre Fortsetzung im nicht chronologischen Teil des Buches zu historischen Windkanälen von Addis und deren heutigen Anwendung unter Berücksichtigung von Grenzschichten von Francesco Dorigatti.

Bernard Espion und Bill Addis bieten in dem Beitrag zu Techniken der Struktur modellierung und der spannungsoptischen Analyse Grundlagen zur Spannungs-Dehnungsmessung am Modell.

Eine breite Anwendung fand Beggs Deformeter in den 1930er-Jahren. Die Kräfte in vielfach statisch unbestimmten Sys temen, z. B. Eisenbeton-Bogenviadukte, erlaubte der Deformeter über Messdorne in Zelluloid eingeprägte Verformungen zu quantifizieren und die Konstruktionen sicher und wirtschaftlich zu bemessen, was Karl Schaechterle seinen Projektingenieuren ans Herz legte [5].

Mich als „konstruktiven Holzkopf“ hat natürlich das facettenreiche Beleuchten der Form- und Kraftflussfindung der Schalen besonders interessiert. Pepa Ca sinellos Beschreibung des Einflusses von Heinz Hossdorf (1925–2006) zur Weiterentwicklung und Übergang maßstabsgetreuer, messbarer Modelle in die Zeit von FEM ist sicherlich weniger bekannt als die Schalenmodelle und Prototypen Dischingers, Torrojas oder Islers, die kompetent beschrieben werden.

Fasziniert hat mich schon im Studium das „Wasserbaulabor“ meiner Hochschu le in Darmstadt. Eine riesige Flusslandschaft mit Schiffen war aufgebaut. In „Der historische Einsatz von physikalischen Modellversuchen im Freispiegelwasserbau“ erkenne ich die hohe Komplexität von laminarer Strömung, Wirbel, Wind und Bodenrauhigkeit. Den heutigen Stand schildert James Sutherland, nicht ohne auf die Entwicklung hin zum kombinierten Einsatz vom digitalen (CFD = Computational Fluid Dynamics) und messbaren Modell hinzuweisen. Der Klimawandel und seine Komplexität wird den „Physical Models“ neue Anwendungen geben.

Mit dem Werk „Physical Models“ wird erstmals eine Gesamtschau der Modelle vorgelegt. Es lenkt den Blick auf den Wagemut entwerfender Ingenieure, die Bauwerke über maßstabsgetreue Modelle mit ausreichender Sicherheit schaffen, wenn die bestehende Ingenieurwissenschaft und ihre Theorien nicht ausreichen oder unzulänglich sind. Die Eigenständigkeit des weder Größe noch Projekt kennenden Modells des Ingenieurwissenschaftlers zur Entdeckung von theoretischen Zusammenhängen oder Überprüfung seiner Theorien, deduziert der mündige Leser rasch selbst. Dazu gibt Addis dem Prototyp des bauausführenden Ingenieurs seinen Platz als projektrealisierendes Werkzeug. Im Analogon zu Kurrers Triade „Wissenschaft – Industrie – Entwerfer (Verwaltung)“ [6] spannt Addis damit das Dreiecksnetz der „Modell“-Triade „Theorie – Prototyp – Versuchsmodell“ auf, was den  Einfluss der Ingenieurschaffenden untereinander und den Zug zum jeweils dominierenden Modell als Vollendung seiner Helsinki-Thesen in [1] fassbar werden lässt.

Gemeinsam mit seinen 29 Koautoren ge lingt Bill Addis, ein Standardwerk vorzu legen, das lange Zeit Bestand haben wird. Unterstützt wird der Leser durch die gewohnt feine Aufbereitung des Buches durch den Verlag Ernst & Sohn mit umfangreichem Bildmaterial, vertiefenden Anhängen und Quellengaben nach jedem Beitrag.

Das Buch kann praktizierenden Ingenieuren als Wissensspeicher für fordernde Projekte im nicht normierten Raum und allen (Bau-)Technikgeschichtlern zur Neujustierung von Horizont und Raum ihrer Disziplin wärmsten empfohlen werden.

[1] Addis, B. (1988) Models in Engineering Science and Structural Engineering Design. IABSE Congress Report 13, 769–77

[2] Addis, W. (1990) Structural Engineering – the Nature of Theory and Design. Chichester: Elli

[3] Addis, W. [Ed.] (1999): Structural and Civil Engineering Design. Studies in the History of Civil Engineer ing 12. Aldershot: Ashgate (Variorum)

[4] Addis, B. (2007) Building: 3000 years of Design, Engineering and Construction. London & New York

[5] Schaechterle, (1930) Anleitung zur Ermittlung der inneren Kräfte von beliebig belasteten, statisch unbestimmten Tragwerken mit Hilfe des Begg‘schen Gerätes, Beton und Eisen 30, H. 22, S. 406–410

[6] Kurrer, -E. (1997) Stahl + Beton = Stahlbeton? Stahl + Beton = Stahlbeton! Beton- und Stahlbetonbau 92, H. 1, S. 13–18 u. H. 2, S. 45–49.

978-3-433-03257-2

Physical Models: Their historical and current use in civil and building engineering design

Addis, B. (Hrsg.)
Berlin: Ernst & Sohn
1114 Seiten, 896 Abb., 14 Tab.
22 ´ 28,5 cm, Hardcover, Geb.
ISBN Print: 978-3-433-03257-2:
139,00 €
ISBN eBundle: 978-3-433-03305-0
229,00 €

Eine Leseprobe zum Titel finden Sie hier auf der
Ernst & Sohn Webseite.

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Datum 14. Juli 2021
Autor Dipl.-Ing. Eberhard Pelke
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