Entwurf gewichtsminimierter Flächentragwerke aus Hochleistungsbeton

Entwurf gewichtsminimierter Flächentragwerke aus Hochleistungsbeton von Kämper,  Christoph
In dieser Arbeit werden zwei Methoden zur Optimierung der Kernstruktur von Flächentragwerken entwickelt. Der Fokus liegt in einer optimierten Gestaltung des Querschnitts. Die entwickelten Methoden liefern Ansätze für den Entwurf von Platten oder Schalen mit maximaler Steifigkeit bei minimalem Gewicht. Beide Methoden basieren auf Erweiterungen der klassischen Ansätze der topologischen Optimierung. Als Ergebnis stellt sich jeweils eine am inneren Kraftfluss orientierte Verteilung von Verstärkungsrippen ein. Einerseits ergibt sich eine Verteilung mit freien geometrischen Formen und freier lokaler Zusammensetzung des Querschnitts. Andererseits wird die Geometrie eines Querschnitts vorgegeben, der in Abhängigkeit der Dichte variiert. Erstere Methode ermittelt an einer optimierten Materialverteilung die relativen Anteile der Basissteifigkeiten an der Gesamtsteifigkeit in Form der Biege-, Membran- und Schubsteifigkeit in Abhängigkeit der Dichte. Aus den Verteilungen der Basissteifigkeiten lässt sich die Struktur sowohl hinsichtlich ihrer dominanten Beanspruchung gesamtheitlich bewerten als auch ein örtlicher optimierter Querschnittsaufbau ableiten. Mit der letzteren Methode wird eine optimierte, steifigkeitsorientierte Verteilung eines vordefinierten, in der Dichte variierenden Querschnitts aufgezeigt. Dazu wird auf Mikrostrukturebene eine spezifische Dichte-Steifigkeits-Beziehung definiert. Mit der Übertragung der Eigenschaften auf Finite-Elemente-Ebene wird eine Verteilung von Hohlkörpern abgeleitet. Die sich örtlich ergebende Hohlkörpergröße definiert dann die Rippendicke und das Raster der Verstärkungsrippen. Am Beispiel einer uniaxial gekrümmten, großformatigen Schale aus Hochleistungsbeton werden die beiden entwickelten Methoden zur Optimierung der Kernstruktur genutzt.
Aktualisiert: 2023-06-22
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Entwurf gewichtsminimierter Flächentragwerke aus Hochleistungsbeton

Entwurf gewichtsminimierter Flächentragwerke aus Hochleistungsbeton von Kämper,  Christoph
In dieser Arbeit werden zwei Methoden zur Optimierung der Kernstruktur von Flächentragwerken entwickelt. Der Fokus liegt in einer optimierten Gestaltung des Querschnitts. Die entwickelten Methoden liefern Ansätze für den Entwurf von Platten oder Schalen mit maximaler Steifigkeit bei minimalem Gewicht. Beide Methoden basieren auf Erweiterungen der klassischen Ansätze der topologischen Optimierung. Als Ergebnis stellt sich jeweils eine am inneren Kraftfluss orientierte Verteilung von Verstärkungsrippen ein. Einerseits ergibt sich eine Verteilung mit freien geometrischen Formen und freier lokaler Zusammensetzung des Querschnitts. Andererseits wird die Geometrie eines Querschnitts vorgegeben, der in Abhängigkeit der Dichte variiert. Erstere Methode ermittelt an einer optimierten Materialverteilung die relativen Anteile der Basissteifigkeiten an der Gesamtsteifigkeit in Form der Biege-, Membran- und Schubsteifigkeit in Abhängigkeit der Dichte. Aus den Verteilungen der Basissteifigkeiten lässt sich die Struktur sowohl hinsichtlich ihrer dominanten Beanspruchung gesamtheitlich bewerten als auch ein örtlicher optimierter Querschnittsaufbau ableiten. Mit der letzteren Methode wird eine optimierte, steifigkeitsorientierte Verteilung eines vordefinierten, in der Dichte variierenden Querschnitts aufgezeigt. Dazu wird auf Mikrostrukturebene eine spezifische Dichte-Steifigkeits-Beziehung definiert. Mit der Übertragung der Eigenschaften auf Finite-Elemente-Ebene wird eine Verteilung von Hohlkörpern abgeleitet. Die sich örtlich ergebende Hohlkörpergröße definiert dann die Rippendicke und das Raster der Verstärkungsrippen. Am Beispiel einer uniaxial gekrümmten, großformatigen Schale aus Hochleistungsbeton werden die beiden entwickelten Methoden zur Optimierung der Kernstruktur genutzt.
Aktualisiert: 2023-06-22
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Entwurf gewichtsminimierter Flächentragwerke aus Hochleistungsbeton

Entwurf gewichtsminimierter Flächentragwerke aus Hochleistungsbeton von Kämper,  Christoph
In dieser Arbeit werden zwei Methoden zur Optimierung der Kernstruktur von Flächentragwerken entwickelt. Der Fokus liegt in einer optimierten Gestaltung des Querschnitts. Die entwickelten Methoden liefern Ansätze für den Entwurf von Platten oder Schalen mit maximaler Steifigkeit bei minimalem Gewicht. Beide Methoden basieren auf Erweiterungen der klassischen Ansätze der topologischen Optimierung. Als Ergebnis stellt sich jeweils eine am inneren Kraftfluss orientierte Verteilung von Verstärkungsrippen ein. Einerseits ergibt sich eine Verteilung mit freien geometrischen Formen und freier lokaler Zusammensetzung des Querschnitts. Andererseits wird die Geometrie eines Querschnitts vorgegeben, der in Abhängigkeit der Dichte variiert. Erstere Methode ermittelt an einer optimierten Materialverteilung die relativen Anteile der Basissteifigkeiten an der Gesamtsteifigkeit in Form der Biege-, Membran- und Schubsteifigkeit in Abhängigkeit der Dichte. Aus den Verteilungen der Basissteifigkeiten lässt sich die Struktur sowohl hinsichtlich ihrer dominanten Beanspruchung gesamtheitlich bewerten als auch ein örtlicher optimierter Querschnittsaufbau ableiten. Mit der letzteren Methode wird eine optimierte, steifigkeitsorientierte Verteilung eines vordefinierten, in der Dichte variierenden Querschnitts aufgezeigt. Dazu wird auf Mikrostrukturebene eine spezifische Dichte-Steifigkeits-Beziehung definiert. Mit der Übertragung der Eigenschaften auf Finite-Elemente-Ebene wird eine Verteilung von Hohlkörpern abgeleitet. Die sich örtlich ergebende Hohlkörpergröße definiert dann die Rippendicke und das Raster der Verstärkungsrippen. Am Beispiel einer uniaxial gekrümmten, großformatigen Schale aus Hochleistungsbeton werden die beiden entwickelten Methoden zur Optimierung der Kernstruktur genutzt.
Aktualisiert: 2023-06-22
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Entwicklung ressourcenschonender, modularer Betonkonstruktionen aus Ultrahochleistungsbeton (UHPC). Abschlussbericht.

Entwicklung ressourcenschonender, modularer Betonkonstruktionen aus Ultrahochleistungsbeton (UHPC). Abschlussbericht. von Fischer,  Oliver, Gehrlein,  Sebastian, Lechner,  Thomas, Mensinger,  Martin, Ndogmo,  Josef, Seidl,  Günter
Im Projekt wurden ressourcenschonende, modulare und leichte Betonkonstruktionen mit tragenden Bauelementen aus UHPC entwickelt. Im Fokus der Untersuchungen standen Träger und Stützen sowie die entsprechenden Querschnittsformen. Als Anschlusskonstruktionen für die Bauteile wurden Verbunddübelleisten in Klothoidenform betrachtet. Anhand der experimentellen und numerischen Untersuchungen wurde gezeigt, dass mit den UHPC-Verbundträgern und -stützen sehr tragfähige, schlanke und dennoch duktile Konstruktionselemente zur Verfügung stehen. Die maßgeblichen Vorteile von UHPC gegenüber Normalbeton sind die größere Dauerhaftigkeit und die höhere Druckfestigkeit. Dies ermöglicht eine grundsätzlich schlankere Bauweise, welche durch die Verwendung von modularen Elementen sehr gut in die Praxis umgesetzt werden.
Aktualisiert: 2023-06-01
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Jürgen Grünberg zum 60. Geburtstag.

Jürgen Grünberg zum 60. Geburtstag. von Hansen,  Michael, Lierse,  Jürgen
Am 18. Mai 2004 vollendete Herr Univ.-Prof. Dr.-Ing. Jürgen Grünberg, geschäftsführender Leiter des Instituts für Massivbau der Universität Hannover, sein 60. Lebensjahr. Aus diesem Anlass veranstaltete das Institut ihm zu Ehren am 24. Mai 2004 im Leibnizhaus, dem Gästehaus der Universität Hannover, ein Festkolloquium. Im Heft No.3 der Schriftenreihe "Berichte des Instituts für Massivbau" werden die Kolloquiumsbeiträge veröffentlicht.
Aktualisiert: 2023-06-01
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Entwicklung eines modularen Fachwerkträgers aus HPC-Fertigteilen und gezahnten Hochleistungs-Verbindungsdetails. Abschlussbericht.

Entwicklung eines modularen Fachwerkträgers aus HPC-Fertigteilen und gezahnten Hochleistungs-Verbindungsdetails. Abschlussbericht. von Falter,  Holger, Nettekoven,  Tobias, Schmid,  Volker, Schmidt,  Jonas
Große Betonfertigteile lassen sich entweder gar nicht oder nur mit großem Aufwand transportieren. Daher werden hochbeanspruchte Verbindungen im Stahlbetonbau noch monolithisch vor Ort betoniert. Dies ist mit einem großen Platzbedarf, einer aufwändigen Baustelleneinrichtung und großen Herausforderungen zur Sicherstellung der Qualität, bedingt durch Witterungseinflüsse auf der Baustelle, verbunden. Es wird ein weitspannender, modularer Referenzfachwerkträger aus Hochleistungsbeton entworfen, dessen einzelne Elemente mit Hilfe einer innovativen Verbindungstechnologie einfach hergestellt und effizient gefügt werden können. Der Entwurf des modularen Referenzfachwerkträgers umfasst Studien zur Geometrieoptimierung, zu Segmentverbindungen, zum Montagekonzept und den Bauzuständen, zum Brandschutz und zur Dauerhaftigkeit. Die daraus resultierenden Anforderungen liefern die Grundlage zur Entwicklung der Verbindung. Hinweis: Die Anhänge F & V sind nicht im gedruckten Bericht enthalten, sondern stehen lediglich zum Download zur Verfügung.
Aktualisiert: 2023-06-01
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Nachhaltiges Bauen mit vorgespannten Tragelementen aus ultrahochfestem Beton (UHPC); Anwendung für Parkhäuser. Abschlussbericht.

Nachhaltiges Bauen mit vorgespannten Tragelementen aus ultrahochfestem Beton (UHPC); Anwendung für Parkhäuser. Abschlussbericht. von Fischer,  Oliver, Jungwirth,  Jörg, Schramm,  Nicholas
Ultrahochfester faserbewehrter Beton birgt sowohl in wirtschaftlicher als auch in ökologischer Hinsicht große Potentiale für den Fertigteilbau. Mit Hilfe dieses innovativen Werkstoffs können gegenüber üblichen Betonbauweisen der Ressourcenverbrauch und die Eigenlasten deutlich reduziert werden, während sich gleichzeitig die Dauerhaftigkeit erhöht. Der Parkhausbau stellt somit ein ideales Anwendungsgebiet für den vielversprechenden Werkstoff dar. Mit dem Forschungsvorhaben konnten die Vorteile von ultrahochfestem faserbewehrten Beton, wie z.B. die exzellenten Dauerhaftigkeitseigenschaften sowie die Reduktion von Eigengewicht, für eine Anwendung im Parkhausbau aufgezeigt werden. Das entwickelte Tragsystem aus vorgespannten Längsträgern und filigranen Plattenelementen weißt dabei, bei gleichbleibender Tragfähigkeit, extrem geringe Querschnittsabmessungen auf. Dadurch und aufgrund des entwickelten Fügeprinzips ohne Anschlussbewehrung und Beschichtungen ergäben sich erhebliche Vorteile bei der Verlegung. Aufgrund der exzellenten Dauerhaftigkeitseigenschaften kann auf jegliche (im Parkhausbau übliche) Beschichtungen verzichtet werden.
Aktualisiert: 2023-06-01
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Messtechnische Überprüfung und Weiterentwicklung der vereinfachten Berechnungsmethode für Glasdoppelfassaden (GDF) nach DIN V 18599 anhand realer Gebäude (Monitoring GDF). Abschlussbericht.

Messtechnische Überprüfung und Weiterentwicklung der vereinfachten Berechnungsmethode für Glasdoppelfassaden (GDF) nach DIN V 18599 anhand realer Gebäude (Monitoring GDF). Abschlussbericht. von Heusler,  Ingo, Sinnesbichler,  Herbert
Im Rahmen einer Messkampagne von Herbst 2012 bis Herbst 2013 werden vier unterschiedliche Verwaltungsgebäude mit Glasdoppelfassade im Stadtgebiet München (Fraunhofer Zentralverwaltung Hansastraße, Gebäude der Munich Re in der Gedonstraße, Mandlstraße und am Münchner Tor) im Hinblick auf das Temperaturverhalten im Fassadenzwischenraum untersucht. Dabei werden die Temperaturen an unterschiedlichen Stellen der Glasdoppelfassaden (Orientierung, Geschosshöhe) als Referenzwerte mit hoher Genauigkeit messtechnisch erfasst. Anhand zusätzlicher messtechnischer Parameter (Außenlufttempertaturen, Raumlufttemperaturen, Solarstrahlung, Fensteröffnungszeiten, Sonnenschutzstellungen) und baulicher sowie bauphysikalischer Kennwerte werden parallel Rechenwerte für die Temperatur im Fassadenzwischenraum anhand eines neu aufgestellten Rechenmodells der DIN V 18599 zur Bestimmung des Luftwechsels im Fassadenzwischenraum ermittelt, um die Güte und Stabilität der weiterentwickelten Methode zu überprüfen sowie gegebenenfalls Verbesserungsvorschläge aufzuzeigen.
Aktualisiert: 2023-06-01
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Temporäre Raumzellen aus Hochleistungsbeton mit lösbaren Verbindungen. Abschlussbericht.

Temporäre Raumzellen aus Hochleistungsbeton mit lösbaren Verbindungen. Abschlussbericht. von Kohlmeyer,  Christian, Schnell,  Jürgen, Weber,  Michael
Die mechanischen Eigenschaften des ultrahochfesten Betons (UHPC) wurden in den letzten Jahren weitgehend erforscht. Für die praktische Anwendung fehlen allerdings noch die erforderlichen Regelwerke, sodass bei der Verwendung von UHPC-Bauteilen i.d.R. bauaufsichtliche Zulassungen oder Zustimmungen im Einzelfall (ZiE) notwendig sind. Im Rahmen dieses Forschungsprojektes wurde unter Zusammenarbeit von Architekten und Ingenieuren ein Modulsystem für multifunktionale, demontierbare Raumzellen entwickelt, das sich aus wenigen verschiedenen Betonelementen zusammenfügen lässt, aber mit dem sich beliebig viele unterschiedliche Gebäudestrukturen errichten lassen.
Aktualisiert: 2023-06-01
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Infraleichtbeton im Geschosswohnungsbau (INBIG). Abschlussbericht.

Infraleichtbeton im Geschosswohnungsbau (INBIG). Abschlussbericht. von Ballestrem,  Matthias, Leibinger,  Regine, Lösch,  Claudia, Rieseberg,  Philip, Schlaich,  Mike
Infraleichtbeton ist ein Dämmbeton mit einer außergewöhnlich guten Kombination von niedriger Wärmeleitfähigkeit und hoher Tragfähigkeit. Dadurch kann ein Gebäude mit einer monolithischen Wand aus ILC ohne zusätzliche Dämmung auch den heutigen, hohen Anforderungen der Energie-Einsparverordnung genügen. Dämmbeton existiert bereits seit vielen Jahrzehnten, wurde bisher jedoch vorrangig für Einfamilienhäuser verwendet. Das Projekt erforschte die architektonischen und baukonstruktiven Potentiale von Infraleichtbeton für den Geschosswohnungsbau. Ziel war die Förderung der Anwendung und Marktakzeptanz des Hochleistungsleichtbetons.
Aktualisiert: 2023-06-01
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Jürgen Grünberg zum 60. Geburtstag.

Jürgen Grünberg zum 60. Geburtstag. von Hansen,  Michael, Lierse,  Jürgen
Am 18. Mai 2004 vollendete Herr Univ.-Prof. Dr.-Ing. Jürgen Grünberg, geschäftsführender Leiter des Instituts für Massivbau der Universität Hannover, sein 60. Lebensjahr. Aus diesem Anlass veranstaltete das Institut ihm zu Ehren am 24. Mai 2004 im Leibnizhaus, dem Gästehaus der Universität Hannover, ein Festkolloquium. Im Heft No.3 der Schriftenreihe "Berichte des Instituts für Massivbau" werden die Kolloquiumsbeiträge veröffentlicht.
Aktualisiert: 2023-06-01
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Großformatige energieeffiziente Fassaden aus Textilbeton mit Sandwichtragwirkung – Entwicklung von Herstellmethoden, Bemessungs- und Fügekonzepten. Abschlussbericht.

Großformatige energieeffiziente Fassaden aus Textilbeton mit Sandwichtragwirkung – Entwicklung von Herstellmethoden, Bemessungs- und Fügekonzepten. Abschlussbericht. von Grebe,  Reiner, Hegger,  Josef, Heid,  Ann-Christine von der, Morales-Cruz,  Cynthia, Will,  Norbert
Sandwichelemente mit Deckschichten aus Stahlbeton weisen üblicherweise Schalendicken von mindestens 8 bis 9 cm auf. Die ökologischen sowie energetischen Anforderungen an die Gebäudehüllen werden sich in den nächsten Jahren weiter verschärfen. Dies bedeutet eine kontinuierliche Vergrößerung der Außenwandstärke durch dickere Dämmungen. Um dem entgegenzuwirken, sollen dünne textilbewehrte Schalen die gängigen Stahlbetonschalen ersetzen. Das Projekt verfolgte das übergeordnete Ziel, die technischen Grundlagen zur Herstellung und Bemessung von großformatigen, leichten und energieeffizienten Sandwichelementen für Außenwände mit Deckschichten aus textilbewehrtem Beton und innenliegender Wärmedämmung zu schaffen.
Aktualisiert: 2023-06-01
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Bemessung und Konstruktion von selbstaufschwimmenden Hochwassersperren in Beton-Sandwichbauweise: Selbstaufschwimmende Hochwassersperren.

Bemessung und Konstruktion von selbstaufschwimmenden Hochwassersperren in Beton-Sandwichbauweise: Selbstaufschwimmende Hochwassersperren. von Eiden,  Michael, Jüpner,  Robert, Maryamh,  Kasem, Schnell,  Jürgen
Hochwassersicheres Bauen ist eine Aufgabe, der in vielen gewässernahen Regionen Deutschlands große sicherheitstechnische und volkswirtschaftliche Bedeutung zukommt. Zusätzliche Herausforderungen entstehen durch die statistisch belegte erhebliche Zunahme lokaler Starkregenereignisse, die mit geringer Vorwarnzeit eintreten. Der Aufbau der zur Verfügung stehenden mobilen Schutzeinrichtungen erfordert eine Vielzahl von eingewiesenen Arbeitskräften, die erfahrungsgemäß im Ernstfall - erst recht bei ohne Vorwarnung auftretenden lokalen Starkregenereignissen - nicht im erforderlichen Umfang zur Verfügung steht. Bekannte selbstaufschwimmende Systeme erfüllen bisher nicht die gestellten Anforderungen an Robustheit (Befahrbarkeit) und Dauerhaftigkeit. Als ein Beitrag zur Begrenzung von Hochwasserschäden wurde an der TU Kaiserslautern eine selbsttätig aufschwimmende Hochwassersperre entwickelt, die allen Anforderungen hinsichtlich Funktionalität, Dauerhaftigkeit und Tragfähigkeit gerecht wird. Die Konstruktion besteht aus einem Sandwichelement mit Deckschichten aus Hochleistungsbeton und zeichnet sich durch die Verwendung eines wartungsfreien, wasserdichten Betongelenkes aus, das in jeder Position alle auftretenden Kräfte überträgt.
Aktualisiert: 2023-06-01
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Deckensystem mit Doppelverbundtechnik. Abschlussbericht.

Deckensystem mit Doppelverbundtechnik. Abschlussbericht. von Mikdad,  Fadi, Schnell,  Jürgen
In diesem Forschungsvorhaben wurde ein neuartiges kombiniertes Verbundsystem bestehend aus Stahlscharen und Betondübeln entwickelt. Im Mittelpunkt stehen weitgespannte Verbundbauteile mit Spiegel aus Hochleistungsbeton als Halbfertigteile, die auf der Baustelle mit Normalbeton zum Endsystem vervollständigt werden. Um das Trag- und Verformungsverhalten dieses Verbundsystems zu untersuchen, wurden Push-Out-Versuche, vergleichende FE-Berechnungen sowie verifizierende großmaßstäbliche Versuche durchgeführt. Für den angestrebten Doppelverbund wurde ein neuartiges Verbundmittel entwickelt. Die Untersuchungen zeigten, dass das Verbundmittel ein duktiles Nachbruchverhalten und eine große Tragfähigkeit im Endzustand aufweist. Die erzielten Ergebnisse können als Grundlage für ein Ingenieurmodell herangezogen werden, mit dem eine wirtschaftliche und sichere Berechnung dieses Verbundsystems möglich wird.
Aktualisiert: 2023-06-01
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Berücksichtigung von Temperaturfeldern bei Ermüdungsversuchen an UHPC

Berücksichtigung von Temperaturfeldern bei Ermüdungsversuchen an UHPC von Deutscher,  Melchior
Steigende Betondruckfestigkeiten ermöglichen im Massivbau eine steigende Konstruktionsschlankheit. Der dadurch steigende Einfluss der schwingungsverursachenden Verkehrslasten gegenüber dem Eigengewicht führt zu einer größeren Relevanz der Ermüdungsfestigkeit. Bei Ermüdungsversuchen an Hochleistungsbetonen wurden bei hohen Frequenzen eine Probenerwärmung festgestellt. Diese Arbeit widmet sich der Entstehung sowie der Auswirkung der Erwärmung auf die Ergebnisse der Versuche. Mittels einer Parameterstudie konnten die Erwärmungsursachen mit dem inneren Reibungspotential in Abhängigkeit der Schädigung und Korngrößen, dem amplitudenabhängigem Energieeintrag sowie der frequenzabhängigen Abkühlungszeit festgestellt werden. Dabei wurde mit stiegender Temperatur eine Verringerung der Bruchlastwechselzahlen beobachtet. Als Hauptursache dafür wurde die Temperaturabhängigkeit der statischen Druckfestigkeit ausgemacht. Diese reduziert sich bei Erwärmung, was bei konstantem zyklischen Lasteintrag zu einer Vergrößerung des bezogenes Lastspiels und damit zum früheren Versagen führt. In dieser Arbeit wird eine anhand der Versuchsergebnisse entwickelte analytische Methode vorgestellt, mit der mittels der gemessenen Maximaltemperatur und dem Anfangslastspiel ein äquivalentes effektives Lastspiel errechnet wird, welches die Festigkeitsveränderung des Betons berücksichtigt. Die Auswertungsmethode ermöglich eine Einordnung der Versuchsergebnisse in Wöhlerdiagramme, ohne das Material zu unterschätzen oder den Versuchsablauf durch Maßnahmen zur Verhinderung des Temperaturanstiegs zu verändern.
Aktualisiert: 2023-05-18
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Berücksichtigung von Temperaturfeldern bei Ermüdungsversuchen an UHPC

Berücksichtigung von Temperaturfeldern bei Ermüdungsversuchen an UHPC von Deutscher,  Melchior
Steigende Betondruckfestigkeiten ermöglichen im Massivbau eine steigende Konstruktionsschlankheit. Der dadurch steigende Einfluss der schwingungsverursachenden Verkehrslasten gegenüber dem Eigengewicht führt zu einer größeren Relevanz der Ermüdungsfestigkeit. Bei Ermüdungsversuchen an Hochleistungsbetonen wurden bei hohen Frequenzen eine Probenerwärmung festgestellt. Diese Arbeit widmet sich der Entstehung sowie der Auswirkung der Erwärmung auf die Ergebnisse der Versuche. Mittels einer Parameterstudie konnten die Erwärmungsursachen mit dem inneren Reibungspotential in Abhängigkeit der Schädigung und Korngrößen, dem amplitudenabhängigem Energieeintrag sowie der frequenzabhängigen Abkühlungszeit festgestellt werden. Dabei wurde mit stiegender Temperatur eine Verringerung der Bruchlastwechselzahlen beobachtet. Als Hauptursache dafür wurde die Temperaturabhängigkeit der statischen Druckfestigkeit ausgemacht. Diese reduziert sich bei Erwärmung, was bei konstantem zyklischen Lasteintrag zu einer Vergrößerung des bezogenes Lastspiels und damit zum früheren Versagen führt. In dieser Arbeit wird eine anhand der Versuchsergebnisse entwickelte analytische Methode vorgestellt, mit der mittels der gemessenen Maximaltemperatur und dem Anfangslastspiel ein äquivalentes effektives Lastspiel errechnet wird, welches die Festigkeitsveränderung des Betons berücksichtigt. Die Auswertungsmethode ermöglich eine Einordnung der Versuchsergebnisse in Wöhlerdiagramme, ohne das Material zu unterschätzen oder den Versuchsablauf durch Maßnahmen zur Verhinderung des Temperaturanstiegs zu verändern.
Aktualisiert: 2023-05-12
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Berücksichtigung von Temperaturfeldern bei Ermüdungsversuchen an UHPC

Berücksichtigung von Temperaturfeldern bei Ermüdungsversuchen an UHPC von Deutscher,  Melchior
Steigende Betondruckfestigkeiten ermöglichen im Massivbau eine steigende Konstruktionsschlankheit. Der dadurch steigende Einfluss der schwingungsverursachenden Verkehrslasten gegenüber dem Eigengewicht führt zu einer größeren Relevanz der Ermüdungsfestigkeit. Bei Ermüdungsversuchen an Hochleistungsbetonen wurden bei hohen Frequenzen eine Probenerwärmung festgestellt. Diese Arbeit widmet sich der Entstehung sowie der Auswirkung der Erwärmung auf die Ergebnisse der Versuche. Mittels einer Parameterstudie konnten die Erwärmungsursachen mit dem inneren Reibungspotential in Abhängigkeit der Schädigung und Korngrößen, dem amplitudenabhängigem Energieeintrag sowie der frequenzabhängigen Abkühlungszeit festgestellt werden. Dabei wurde mit stiegender Temperatur eine Verringerung der Bruchlastwechselzahlen beobachtet. Als Hauptursache dafür wurde die Temperaturabhängigkeit der statischen Druckfestigkeit ausgemacht. Diese reduziert sich bei Erwärmung, was bei konstantem zyklischen Lasteintrag zu einer Vergrößerung des bezogenes Lastspiels und damit zum früheren Versagen führt. In dieser Arbeit wird eine anhand der Versuchsergebnisse entwickelte analytische Methode vorgestellt, mit der mittels der gemessenen Maximaltemperatur und dem Anfangslastspiel ein äquivalentes effektives Lastspiel errechnet wird, welches die Festigkeitsveränderung des Betons berücksichtigt. Die Auswertungsmethode ermöglich eine Einordnung der Versuchsergebnisse in Wöhlerdiagramme, ohne das Material zu unterschätzen oder den Versuchsablauf durch Maßnahmen zur Verhinderung des Temperaturanstiegs zu verändern.
Aktualisiert: 2023-05-12
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Entwurf gewichtsminimierter Flächentragwerke aus Hochleistungsbeton

Entwurf gewichtsminimierter Flächentragwerke aus Hochleistungsbeton von Kämper,  Christoph
In dieser Arbeit werden zwei Methoden zur Optimierung der Kernstruktur von Flächentragwerken entwickelt. Der Fokus liegt in einer optimierten Gestaltung des Querschnitts. Die entwickelten Methoden liefern Ansätze für den Entwurf von Platten oder Schalen mit maximaler Steifigkeit bei minimalem Gewicht. Beide Methoden basieren auf Erweiterungen der klassischen Ansätze der topologischen Optimierung. Als Ergebnis stellt sich jeweils eine am inneren Kraftfluss orientierte Verteilung von Verstärkungsrippen ein. Einerseits ergibt sich eine Verteilung mit freien geometrischen Formen und freier lokaler Zusammensetzung des Querschnitts. Andererseits wird die Geometrie eines Querschnitts vorgegeben, der in Abhängigkeit der Dichte variiert. Erstere Methode ermittelt an einer optimierten Materialverteilung die relativen Anteile der Basissteifigkeiten an der Gesamtsteifigkeit in Form der Biege-, Membran- und Schubsteifigkeit in Abhängigkeit der Dichte. Aus den Verteilungen der Basissteifigkeiten lässt sich die Struktur sowohl hinsichtlich ihrer dominanten Beanspruchung gesamtheitlich bewerten als auch ein örtlicher optimierter Querschnittsaufbau ableiten. Mit der letzteren Methode wird eine optimierte, steifigkeitsorientierte Verteilung eines vordefinierten, in der Dichte variierenden Querschnitts aufgezeigt. Dazu wird auf Mikrostrukturebene eine spezifische Dichte-Steifigkeits-Beziehung definiert. Mit der Übertragung der Eigenschaften auf Finite-Elemente-Ebene wird eine Verteilung von Hohlkörpern abgeleitet. Die sich örtlich ergebende Hohlkörpergröße definiert dann die Rippendicke und das Raster der Verstärkungsrippen. Am Beispiel einer uniaxial gekrümmten, großformatigen Schale aus Hochleistungsbeton werden die beiden entwickelten Methoden zur Optimierung der Kernstruktur genutzt.
Aktualisiert: 2023-02-03
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Experimentelle Analyse des Tragverhaltens von Hochleistungsbeton unter mehraxialer Beanspruchung – Buch mit E-Book

Experimentelle Analyse des Tragverhaltens von Hochleistungsbeton unter mehraxialer Beanspruchung – Buch mit E-Book von Curbach,  Manfred, Hampel,  Torsten, Scheerer,  Silke, Speck,  Kerstin
Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der experimentellen Analyse des Tragverhaltens von Hochleistungsbeton unter mehraxialer Beanspruchung. Dabei wurden sowohl die zwei- und die dreiaxiale Drucktragfähigkeit als auch das Verhalten unter zweiaxialer kombinierter Druck-Zug-Beanspruchung untersucht. Für die Analyse kamen jeweils drei Betonfestigkeitsklassen zum Einsatz: C 55/67, C 70/85 und C 90/105. Bei den durchgeführten Versuchsreihen wurden die Bruchlasten gemessen und die Verformungen aufgezeichnet und ausgewertet. Die Ergebnisse dieser Untersuchungen wurden mit bekannten Versuchen und Modellen für Normalbeton verglichen, Schlussfolgerungen wurden abgeleitet. Zur mathematischen Beschreibung des Tragverhaltens von Hochleistungsbeton wurden für die untersuchten Beanspruchungsregime Näherungsfunktionen angegeben.
Aktualisiert: 2022-01-01
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