Forschungskolloquium 2018 Grasellenbach

Inhaltsverzeichnis

1. Frontmatter

2. Schädigungsbewertung in hochfestem/ultrahochfestem Beton mittels linearer und nichtlinearer Ultraschalltechnik

   Benjamin Ankay, Chuanzeng Zhang

   Zusammenfassung

   Aufgrund der rasanten Entwicklung neuartiger und optimierter Konstruktionswerkstoffe entsteht hieraus sogleich die Forderung nach einer sinnvollen Charakterisierung dieser Materialien bezüglich ihrer mechanischen, physikalischen und chemischen Eigenschaften. Im Bauwesen konnten in den letzten Jahrzehnten Hochleistungsbetone entwickelt werden, die bei hohen Druckfestigkeiten und optimierten Eigenschaften im mechanischen, physikalischen und chemischen Verhalten gleichzeitig die Anforderungen für baupraktische Anwendungen erfüllen. Die Kenntnis über die genauen mikromechanischen Vorgänge bei quasistatischer Beanspruchung sowie die Bewertung von Schädigungsprozessen in diesen Materialien sind hierbei von entscheidender Bedeutung, um für zukünftige Anwendungen einen sicheren und optimalen Einsatz gewähren zu können. Gleichzeitig nimmt im Zuge der Zustandsüberwachung von Bauwerken die Bedeutung von zerstörungsfreien Prüfmethoden zu.

3. Coupling between Shell and Generalized Beam Theory (GBT) elements

   Marcelo J. Bianco, Carsten Könke, Abinet Habtemariam, Volkmar Zabel

   Zusammenfassung

   This work presents a procedure to couple shell and Generalized Beam Theory, GBT, elements. The main focus of this procedure is the possibility to model mixed beam frame structures, which the traditional shell elements are applied at the joints and GBT elements are used to model the beams/columns. Such modeling technique can use the benefits of both elements. At the joints, shell elements can easily simulate different types of geometry conditions and details, such as stiffeners and holes; meanwhile, for the beams and columns, GBT can provide high performance, accuracy and an easy modeling approach with clear results.

4. Mehrphasensimulationen von experimentellen Tests zum zeitabhängigen Materialverhalten von Beton

   Andreas Brugger, Peter Gamnitzer, Günter Hofstetter

   Zusammenfassung

   Eine weitverbreitete Maßnahme für die vielfach notwendigen Instandsetzungen und Verstärkungen von Brücken ist das Anbringen von Aufbeton auf dem bestehenden Tragwerk. Unzulänglichkeiten in der Bemessung und der Ausführung können dabei zu Schäden wie etwa Rissen oder lokaler Delamination führen [1]. Die primäre Ursache dieser Phänomene ist das Schwinden des Aufbetons, welches durch das bestehende Tragwerk behindert wird und damit Zugspannungen im Aufbeton induziert.

5. Dynamic fracture modelling using Peridynamics

   Sahir N. Butt, Günther Meschke

   Zusammenfassung

   Understanding and predicting crack propagation in brittle and quasi-brittle materials, which always is a dynamic process on some scale, is of crucial importance in a number of applications. One example specifically of interest for the presentation is the excavation of tunnels by means of disc cutters, which is based on the dynamic fragmentation of the rock at the tunnel face to advance the tunnel boring machine. Although various models based on discrete and continuum numerical representations of fracture propagation at various spatial scales have been proposed since the 1970s, a complete theory able to describe the process of dynamic fracture quantitatively still does not seem to be available. Nucleation and propagation of even a single crack couples various physical mechanisms on widely varying spatial and temporal scales.

6. Innovative circular fiber reinforced elastomeric isolation devices

   Pablo Castillo Ruano, Alfred Strauss

   Zusammenfassung

   Seismic base isolation by introducing a flexible horizontal layer at the foundation level of a structure has proven to significantly reduce the seismic demand. Recently fiber reinforced elastomeric bearings (FREBs) consisting of alternating layers of elastomeric material and carbon or fiber glass fabric have awaken interest as replacement for the conventional steel reinforced elastomeric bearings (SREBs). FREBs bring advantages as reduction of production and transport costs, while maintaining a high bearing capacity. To understand the response of fiber reinforced elastomeric bearings under seismic loads it is fundamental to investigate their relevant mechanical properties for seismic isolation, effective shear modulus and equivalent damping ratio, as international codes provide only a rough approximation of their mechanical behavior.

7. Generalized cavitation criterion for poro-hyperelastic materials

   M. Drass, V. A. Kolupaev, P. L. Rosendahl, J. Schneider, W. Becker

   Zusammenfassung

   A cavitation criterion defines a failure surface in three-dimensional stress space, which represents the onset of excessive void growth and therefore the strong degradation of the bulk modulus considering rubber-like materials [2, 3]. The damaging effect of cavitation was analyzed experimentally by Busse [1], Yerzley [9] and later Gent & Lindley [5]. In the pioneering work of Gent & Lindley [5], two flat cylinders vulcanized with thin sheets of natural rubber were tested in axial tension.

8. Finite Elemente Modell des Kurpsai Staudamms und aktueller Stand dessen Validierung mithilfe eines speziellen Überwachungskonzepts

   Waldemar Elsesser, Yuri Petryna, Philipp Kähler

   Zusammenfassung

   Der Beitrag behandelt einen Teil der Arbeit innerhalb des Projektes MI-DAM “Multiparameter monitoring and risk assessment of hydro-electric dams in the Kyrgyz Republic”, welches durch das Bundesamt für Bildung und Forschung finanziert wird.

9. Numerische Implementierung von Methoden zur Berücksichtigung der Boden-Bauwerk-Interaktion

   Arthur Feldbusch, Hamid Sadegh-Azar

   Zusammenfassung

   Baustrukturen, die für die Gesellschaft von entscheidender Bedeutung sind, wie kritische Infrastrukturen, militärische Einrichtungen und Kraftwerke, bedürfen besonderer Berücksichtigung bei der Planung und Konzeption und müssen sehr hohen Sicherheitsstandards genügen und Terroranschlägen, Flugzeugabstürzen und Explosionen standhalten. Bauwerke, die solch hohen dynamischen Belastungen ausgesetzt sind, verursachen Schwingungen im Boden, die sich in Form von Wellen ausbreiten. Die Wellen selbst bewirken eine Veränderung des dynamischen Verhaltens der Struktur.

10. Mehrfeldmodellierung von Beton mit der Diskrete Elemente Methode

    Christian Flack, Dieter Dinkler

    Zusammenfassung

    Beton ist der am häufigsten eingesetzte Baustoff im Bauwesen. Aus den vielfältigen Einsatzmöglichkeiten ergeben sich eine Vielzahl von internen und externen Einflüssen über die Standzeit eines Bauwerks. Genaue Kenntnisse und die mathematische Modellierung der gekoppelten chemischen, thermischen und mechanischen Prozesse sind wichtig, um das Verhalten von Materialien und Konstruktionen vorherzusagen.

11. Ein finites Stab-Aktor-Element und seine Anwendung in der Optimierung adaptiver Tragwerke

    Jan Gade, Florian Geiger, Malte von Scheven, Manfred Bischoff

    Zusammenfassung

    In der Simulation von adaptiven Tragwerken wird die Aktuierung häufig durch Einführung zusätzlicher Lastfälle oder Randbedingungen modelliert. Insbesondere bei der Berücksichtigung geometrisch nichtlinearer Effekte bedeutet dieses Vorgehen einen relativ hohen Modellierungsaufwand. Wir stellen ein finites Stab-Aktor-Element zur statischen und transienten Simulation von adaptiven Fachwerkstrukturen vor, das die Aktorwirkung beinhaltet und so den Modellierungsaufwand verringert sowie potentielle Fehlerquellen vermeidet.

12. Schwingungsmessungen an Brücken mit Hilfe von Smartphones

    Maximilian Garsch, Norbert Gebbeken

    Zusammenfassung

    Die Messung von Schwingungen an Brücken ist eine gängige Methode um den Zustand eines Bauwerks zu überwachen. Obwohl immer wieder die Forderung nach dauerhaftem Monitoring an Brücken gestellt wurde, hat sich das sogenannte Life-Cycle-Monitoring noch nicht durchsetzen können. Eine flächendeckende, dauerhafte Überwachung von Brücken könnte mit günstigeren Sensoren realisiert werden. Diese sind beispielsweise in einem Smartphone vorhanden und bieten zusätzlich den Vorteil einer vorhandenen Recheneinheit (Prozessor, RAM).

13. Mikrophysikalisch begründete Modellierung der Verbundwirkung in faserbewehrtem Ultrahochleistungsbeton (UHPFRC) unter zyklischer Zugbeanspruchung

    Svenja Höper, Ursula Kowalsky, Dieter Dinkler

    Zusammenfassung

    Das Materialverhalten von ultrahochfesten Betonen mit Druckfestigkeiten oberhalb von ca. 140 N/mm² ist durch eine äußerst hohe Sprödigkeit und ein explosionsartiges Versagen gekennzeichnet. In der Regel werden diesen Betonmischungen zur Verbesserung des Last-Verformungsverhaltens sowie der Tragsicherheit Fasern zugegeben.

14. Numerical modelling of thermally induced crack propagation in functionally graded materials using the scaled boundary finite element method

    Muhammad Danish Iqbal, Carolin Birk

    Zusammenfassung

    Thermal shocks or rapid temperature changes cause thermal stresses in the material. These thermal stresses can produce very sudden cracks in brittle materials such as ceramics. The modelling of such fracture and damage processes is a very challenging task due to the rapid and almost random development and growth of these cracks.

15. Form- und Systemoptimierung für Rahmentragwerke

    Alexander Keller, Ingo Münch, Werner Wagner

    Zusammenfassung

    Eine optimale Tragwerkskonstruktion soll bei niedrigem Materialverbrauch eine möglichst hohe Traglast aufweisen. Die ganzheitliche Optimierung einer bereits geplanten oder aber die Neuplanung einer Rahmenkonstruktion agiert hierbei auf zwei Ebenen. Die Topologieoptimierung liefert zunächst das grundlegende Konzept und legt die maßgeblichen Charakteristiken der Struktur fest wie z.B.

16. Cellular Automata in Engineering Calculations

    Jakub Konarski

    Zusammenfassung

    Cellular Automata (CA) are simple mathematical models for systems in which many components act together to produce complicated patterns of behaviour. CA are used to investigate self-organization in statistical mechanics; they serve as discrete approximation to partial differential equations and provide models for wide variety of natural systems. They are sufficiently simple to allow detailed mathematical analysis, yet sufficiently complex to exhibit a wide variety of complicated phenomena [1]. It can be said that CA are a mathematical idealization of physical system where both time and space are discrete [2] or an alternative mathematics [3].

17. Polymorphe Unschärfemodelle in der Mehrskalenmodellierung verstärkter Betonstrukturen

    Ferenc Leichsenring, Wolfgang Graf, Michael Kaliske

    Zusammenfassung

    Eine zuverlässige Berechnung von Strukturen ist ohne eine realitätsnahe numerische Modellierung sowie der Berücksichtigung der adäquaten Abbildung der Unschärfe in zugrunde liegenden Daten nicht korrekt möglich. In diesem Beitrag wird der methodische Umgang und Einfluss polymorpher Unschärfe in der numerischen Struktursimulation betrachtet.

18. Studying structural behavior by use of wave propagation method: application to RC building and footbridge

    Chun-Man Liao

    Zusammenfassung

    For civil engineers, dynamic behavior of the structures can be obtained by the traditional modal analysis. Natural frequencies and mode shapes are important dynamic characteristics of the structure. Therefore, the measurement of natural frequencies is widely used for the structural health monitoring (SHM). However, the change of the mode shape or the natural frequency may be resulted from the environment effect too.