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Zusammenfassung

Moderne Papiermaschinen für Zeitungsdruck halten unter Papiermaschinen den Geschwindigkeitsrekord mit über 2 000 m/min. Zur schwingungsarmen Aufnahme der sich dadurch ergebenden dynamischen Kräfte müssen Maschine und Maschinenfundament dynamisch bemessen werden. An dem Fundamentabschnitt der Trockenpartie einer bestehenden Papiermaschine wird eine bau- und maschinendynamische Untersuchung aufgrund von überhöhten Schwingungen durchgeführt und Sanierungsmaßnahmen abgeleitet. Die Untersuchungen umfassen eine Schwingungsmessung mit Auswertungen im Zeit- und Frequenzbereich sowie eine Schwingungsberechnung mit Anwendung der Frequenz- und Antwortanalyse. Zur Aufrechterhaltung des Bahnzuges ergeben sich leicht unterschiedliche Drehfrequenzen der einzelnen Walzengruppen mit der Folge von zeitlich veränderlichen Amplituden infolge von Schwebungen. Dies macht spezielle Auswertetechniken der Messwerte sowie eine Verifizierung der Eigenfrequenzen durch Rechnung notwendig.

Zusammenfassung

Die Isolationswirkung von Bauwerken gegen Erdbebenanregung mittels Gleitpendellager beruht auf zwei Effekten: Der effektive Radius der sphärischen Gleitfläche verschiebt die natürliche Schwingperiodendauer des Bauwerks in den Bereich geringer Erdbebenanregungsenergie und die Reibdämpfung reduziert zusätzlich die Bauwerksbeschleunigungen. In der Regel wird zuerst die Isolationsperiodendauer gewählt, was den effektiven Radius ergibt, und danach werden Reibwert und Wegkapazität des Gleitpendellagers mit der Methode des elastischen Antwortspektrums so bestimmt, dass die Schubkräfte von Gleitpendellager und Bauwerk gleich sind, was jedoch nicht notwendigerweise auch die Bauwerksbeschleunigung minimiert. Dieser Aufsatz beschreibt zuerst die gesamte Menge gültiger Designs von Gleitpendellagern und das optimale Design für minimale Bauwerksbeschleunigung als Bestandteil dieser Menge. Es wird gezeigt, dass die Bauwerksbeschleunigung nicht bei maximal zulässiger effektiver Dämpfung des Gleitpendellagers minimiert ist. Der zweite Teil des Aufsatzes beschreibt quantitativ, um wie viel die Bauwerksbeschleunigung zunimmt, wenn der tatsächliche Reibwert des realen Gleitpendellagers von seinem optimalen Designwert abweicht. Die Sensitivitätsstudie zeigt, dass die Zunahme der Bauwerksbeschleunigung in etwa eine Größenordnung kleiner ist als die angenommene Abweichung des Reibwertes.

Zusammenfassung

In diesem Beitrag wird die Dimensionsanalyse zur Bestimmung einer maßstabsgetreuen Durchführung von baudynamischen Versuchen diskutiert und angewendet. Nach einer grundlegenden Darstellung der Dimensionsanalyse werden Modellgesetze hergeleitet, die bei (bau)dynamischen Fragestellungen zu berücksichtigen sind, sowie in weiterer Folge für kleinmaßstäbliche Versuche spezifiziert. Die Forderung, dass die Beschleunigungsantworten des Objekts im Originalmaßstab (des sogenannten Prototyps) und des skalierten Versuchsmodells gleich groß sind, führt auf eine relative Massenerhöhung im Versuchsmodell. Die Verifikation der gefundenen Modellgesetze erfolgt anhand von numerischen Simulationen an Modellen eines elastoplastischen mehrstöckigen Gebäudes unter Erdbebenanregung.

Zusammenfassung

Neben der konventionellen Finite-Elemente-Methode stellt die numerische Mechanik in ihren neueren Entwicklungen alternative Berechnungsmethoden zur Verfügung. Dies wird am Beispiel ebener Kontinua mit Verformungssprüngen sowie gerissenen Scheiben mit den Methoden „Strong Discontinuity Approach“ (SDA)“, „Extended Finite Elements“ (X-FEM), „Element-Free-Galerkin“ (EFG) und isogeometrischen Methoden (IGA) beschrieben. Dazu werden einerseits gemeinsame Grundlagen, andererseits charakteristische Unterschiede erläutert. Die Anwendung wird an einem gemeinsamen Beispiel veranschaulicht. Schließlich werden die jeweiligen Einsatzmöglichkeiten eingegrenzt.

Abstract

In addition to the conventional Finite-Element-Method, numerical mechanics provides alternative calculation methods in recent developments. This is illustrated by the example of plane continua with displacement jumps or cracked disks, respectively, with the methods „Strong Discontinuity Approach” (SDA), „Extended Finite Elements” (X-FEM), „Element-Free-Galerkin” (EFG) and isogeometric methods (IGA). On the one hand common basics, on the other hand characteristic differences are explained. The application is illustrated using a common example. Finally, the respective application options are limited.

Zusammenfassung

Das Durchstanztragverhalten von Stahlbetonplatten wird seit mehreren Jahrzehnten experimentell erforscht. Aufgrund des hohen Kosten- und Arbeitsaufwandes von Durchstanzversuchen an Flachdeckensystemen wurde der Großteil der vorhandenen Durchstanzversuche an isolierten Flachdeckenausschnitten durchgeführt. Die Geometrie der Versuchskörper wurde dabei mit dem Ziel gewählt, den Stützmomentbereich um die jeweils betrachtete Decke-Stütze-Verbindung zu simulieren. Günstige Einflüsse, die sich in Flachdeckensystemen zum Beispiel aus Momentenumlagerungen oder Druckmembrantragwirkung ergeben, können in diesen Versuchen nicht auftreten. Daher eignen sich die vorhandenen Versuche in erster Linie zur sicheren Abschätzung der Durchstanztragfähigkeit.

Aufbauend auf theoretischen und experimentellen Untersuchungen aus der Literatur, wird in diesem Beitrag die Durchstanztragfähigkeit von Flachdeckensystemen anhand von nicht-linearen Finite-Elemente-Simulationen genauer untersucht. Das verwendete numerische Modell wird zunächst anhand von Durchstanzversuchen validiert. Nachfolgend wird das Modell für weiterführende Parameterstudien verwendet, um die Unterschiede zwischen Flachdeckensystemen und –ausschnitten genauer zu analysieren. Die Ergebnisse der numerischen Untersuchungen werden abschließend dafür genutzt, einen praxistauglichen Ansatz zur Bestimmung der Durchstanztragfähigkeit von Flachdeckensystemen im Bereich von Innenstützen abzuleiten.

Abstract

The punching shear behavior of reinforced concrete slabs has been investigated experimentally since several decades. As punching tests on continuous flat slabs are very expensive and elaborate, the majority of the existing punching tests have been performed on isolated flat slab specimens representing only the hogging moment region around the considered slab-column-connection. Nevertheless, beneficial effects due to moment redistributions or compressive membrane action may not occur in these tests. Hence, the existing punching tests can primarily be used to obtain a lower bound estimation of the punching shear capacity.

Based on theoretical and experimental investigations reported in literature, this paper investigates the punching strength of continuous flat slabs by means of nonlinear Finite-Element-Simulations. The applied numerical model is validated based on results of punching tests. Subsequently, the model is used for further parametric studies investigating the differences between continuous and isolated flat slabs more in detail. The results of the numerical investigations are finally used to derive a simplified approach to predict the punching shear capacity of continuous flat slabs in the vicinity of interior columns.

Zusammenfassung

Geschweißte Hohlprofilknoten sind aufgrund besserer Festigkeits – und Steifigkeitseigenschaften im Vergleich zu offenen Profilen sowie ihrer einfacheren Fertigung weit verbreitet. Schweißeigenspannungen, die infolge des Fügens der Einzelkomponenten mittels Schweißen entstehen, können deren Tragverhalten zum Teil stark beeinflussen, was auch durch einige neuere Untersuchungen belegt wird. Dieser Beitrag beschreibt eine erweiterte Vorgehensweise für die Finite-Elemente-Modellierung am Beispiel eines T-Knotens aus Rechteckhohlprofilen. Der Beitrag gliedert sich in zwei Teile. Teil 1 beinhaltet die Entwicklung und Validierung eines numerischen Modells, welches Schweißeinflüsse durch eine vorangehende thermomechanische Simulation explizit modelliert und diese in nachfolgende Berechnungsschritte einbezieht. Dabei werden die Bedeutung einer geeigneten Vernetzung des Modells, der Materialeigenschaften und eines zutreffenden Schweißwärmeeintrags diskutiert. Die Validierung mit experimentellen Ergebnissen zeigt die Eignung des entwickelten numerischen Modells und dass dieses das lokale Tragverhalten entsprechender Knotenverbindungen korrekt erfasst. Es kann daher für nachfolgende Untersuchungen weiterverwendet werden. Teil 2 zeigt die diesbezüglich durchgeführten Parameterstudien, um die Auswirkungen der Schweißeigenspannungen auf die Tragfähigkeit und die Anfangssteifigkeit der untersuchten Knotenverbindung darzustellen.

Abstract

Welded tubular joints are widely used in structural engineering due to their excellent resistance and stiffness in contrast to open sections, as well as simpler end preparation. Welding residual stresses that occur in these joints after the welding process can affect their structural behavior. Some recent experimental studies have shown that this effect can be considerable. This study numerically evaluates the influence of welding residual stresses on the behavior of rectangular hollow section T joints. The paper consists of two parts. Part I develops and validates a finite element model for the joints directly taking into account welding residual stresses by means of an upstream thermomechanical simulation of the welding process. It is proven that particular attention needs to be paid to the discretization of the model, the material properties and the adequate description of the weld heat input. The validation with experimental results shows that the developed numerical model properly captures the local structural behavior of tubular joints and can be efficiently used for further investigations. Part II employs the constructed model to investigate the effect of welding residual stresses on the resistance and initial stiffness of the considered joints.

Zusammenfassung

Building Information Modeling ermöglicht die automatisierte Erstellung von Simulationsmodellen und schafft somit eine wichtige Grundlage, Zeit und Kosten einzusparen sowie die Qualität der Planung von Gebäuden zu erhöhen. Die Art des Simulationsmodells hängt jedoch wesentlich von der konkreten Problemstellung ab. Für Schwingungsanalysen bei Massivholzkonstruktionen ist eine mechanisch korrekte Beschreibung der Stoßstellen zwischen den Bauteilen von großer Bedeutung. Dafür eignen sich Modelle aus hexaedrischen finiten Elementen erheblich besser als Schalenelemente. Ein konformes Hexaedernetz kann allerdings mit verfügbaren Netzgeneratoren nur bei bestimmten Gebäudegeometrien automatisch erzeugt werden und weist an Stoßstellen eine große Anzahl von Elementen auf, was zu einem hohen Rechenaufwand führen kann. Im vorliegenden Beitrag wird deshalb ein alternatives Verfahren vorgestellt, mit dem ein hexaedrisches Finite-Elemente-Modell automatisch aus einem Bauwerksinformationsmodell (BIM) abgeleitet werden kann. Die im BIM definierten Bauteile werden dabei getrennt voneinander vernetzt und deren Verbindungen zueinander mithilfe der Mortar-Methode abgebildet. Eine große Recheneffizienz wird durch die Verwendung von Ansatzfunktionen höherer Ordnung in Kombination mit einem relativ groben Netz erreicht. Nach der Beschreibung des Verfahrens wird seine Anwendbarkeit an einem mehrgeschossigen Massivholzgebäude demonstriert.

Abstract

Building Information Modeling allows to automate the generation of simulation models and thus forms an important basis for saving time and costs as well as for increasing the quality in the planning of buildings. The type of the simulation model is largely dependent on the specific problem to resolve. For vibration analyses of solid timber constructions, a mechanically correct representation of the junctions between the components is essential. For this purpose, models consisting of hexahedral finite elements are much better suited than shell elements. With available mesh generators, however, matching hexahedral meshes can only be created automatically in case of specific building geometries and show a large number of elements at joints, which can lead to a high computational effort. Therefore, an alternative procedure to derive a hexahedral Finite Element Model from a Buiding Information Model (BIM) is presented. Therein, the building components defined in the BIM are meshed individually and their connections to each other are modelled by means of the mortar method. A great computational efficiency is gained by using higher order shape functions in combination with a relatively coarse mesh. After the description of the procedure, its applicability is demonstrated in case of a multi-storey timber building.

Zusammenfassung

Die Verkehrssicherheit ist für Verkehrsteilnehmer und Infrastrukturbetreiber von zentraler Bedeutung. Diese wird in hohem Maße von der Griffigkeit der Fahrbahnoberfläche bestimmt. Es existieren derzeit keine gängigen Regelwerke für die Bewertung der Griffigkeit für winterliche Straßenverhältnisse. Im Rahmen dieser Untersuchungen werden Griffigkeitsniveaus bei verschiedenen Glatteisüberdeckungen für unterschiedliche Asphaltoberflächen erfasst und analysiert. Mithilfe der Untersuchungsergebnisse wird eine Vorhersage der Griffigkeit bei Eisglätte angestrebt. Verschiedene Asphaltbohrkerne mit unterschiedlicher Oberflächenbeschaffenheit werden sowohl einer Griffigkeitsuntersuchung bei Nässe (Referenzvariante) als auch bei unterschiedlichen Glatteisüberdeckungen unterzogen. Basierend auf der Korrelationsanalyse wurden Funktionen mittels Regressionsanalysen mit einem Bestimmtheitsmaß von R² zwischen 0,80 und 0,86 für die prognostizierte und die gemessene Griffigkeit ermittelt.

Die Griffigkeit bei Nässe (d. h. Referenzgriffigkeit) stellt auch bei der Vorhersage der Griffigkeit von Eis den größten Einflussfaktor dar. Die durchgeführten Laborversuche validieren, dass der Prüfstand nach Wehner/Schulze, in abgewandelter Form, für die Bewertung der Griffigkeit von Asphaltfahrbahnen unter winterlichen Bedingungen geeignet ist.

Abstract

Traffic safety is of upmost importance for road users and infrastructure providers. Safety is influenced significantly by the skid resistance of pavements. There are currently no standardized rules in place to ensure sufficiently skid resistant pavement designs for winter conditions. In the scope of this study the skid resistance levels are measured and analysed for various amounts of black ice. Ultimately the results are to be used for the prediction of skid resistance of road surface for winter conditions. Asphalt samples with different surface textures are analysed pertaining to their skid resistance under wet conditions (reference) as well as for varying levels of black ice. The results of a correlation analysis are used to determine prediction functions by means of a multiple regression analysis, exhibiting corrected degrees of determination R² between 0.80 and 0.86. The reference skid resistance (under wet conditions) represents the most significant parameter for the prediction functions. The conducted laboratory investigations validate that the test rig according to Wehner/Schulze is well suited to evaluate the skid resistance under winter conditions in a modified testing setup.