56.03 Methoden im Bauingenieurwesen
Refine
Document Type
- Conference Proceeding (599) (remove)
Institute
- Professur Informatik im Bauwesen (331)
- In Zusammenarbeit mit der Bauhaus-Universität Weimar (173)
- Graduiertenkolleg 1462 (31)
- Institut für Strukturmechanik (ISM) (21)
- Professur Angewandte Mathematik (18)
- Institut für Konstruktiven Ingenieurbau (IKI) (8)
- Professur Stahlbau (4)
- Institut für Bauinformatik, Mathematik und Bauphysik (IBMB) (3)
- Professur Baubetrieb und Bauverfahren (3)
- Professur Informatik in der Architektur (3)
Keywords
- Computerunterstütztes Verfahren (284)
- Architektur <Informatik> (198)
- CAD (156)
- Angewandte Informatik (143)
- Angewandte Mathematik (143)
- Computer Science Models in Engineering; Multiscale and Multiphysical Models; Scientific Computing (72)
- Modellierung (49)
- Bauwerk (40)
- Verteiltes System (36)
- Building Information Modeling (35)
Im Vortrag wird der Frage nachgegangen, inwieweit ein Zusammenhang zwischen der Zuverlässigkeit und gewissen strukturellen Parametern eines Verkehrsnetzes besteht. Das Verkehrsnetz wird hierzu als bewerteter Graph aufgefasst. Zur Analyse der Verkehrsnetzzuverlässigkeit werden die Kanten mit ihren Verfügbarkeiten (>Zuverlässigkeiten<) bewertet. Die Zuverlässigkeit des Verkehrsnetzes hat einen großen Einfluss auf die Beurteilung des Straßennetzes. Im Sinne einer Regressionsanalyse soll der Zusammenhang mit weiteren, speziell für die Betrachtung von Verkehrsnetzen entwickelten strukturellen Kenngrößen untersucht werden, das sind insbesondere die Dispersion des Verkehrsnetzes und die Unterentwicklung des Netzes. Aus der Vielzahl der theoretisch denkbaren Verkehrsnetzstrukturen spiegelt die Ring-Radius-Struktur die realen Straßennetze am besten wider. Solche Ring-Radius-Strukturen kommen in vielen Städten vor. Die Berechnung der Verkehrsnetzzuverlässigkeit erfolgt mittels eines Algorithmus, der auf dem Prinzip der vollständigen Enumeration aller möglichen Kombinationen der Verfügbarkeit bzw. Nichtverfügbarkeit der einzelnen Kanten basiert und die gewünschte Kenngröße exakt bestimmt. Obwohl der Algorithmus speziell auf eine möglichst geringe Rechenzeit ausgerichtet ist, bleibt das Verfahren doch numerisch recht aufwendig. An Hand von zehn verschiedenen Ring-Radius-Strukturen wird der Nachweis eines Zusammenhangs zwischen den strukturellen Kenngrößen und der Verkehrsnetzzuverlässigkeit geführt. Damit können mittels struktureller Bewertungen (die mit einem vergleichsweise geringen Aufwand an Input-Daten und Rechenzeit bestimmbar sind) Aussagen über die Zuverlässigkeit des Verkehrsnetzes getroffen werden.
Die Versagenswahrscheinlichkeit nach einem Grenzzustand wird gewöhnlich mit dem Integral I der Basisvariablen-Verteilungsdichte über den Versagensbereich bestimmt. Dabei ist eine geschlossene Lösung nur im Spezialfall normalverteilter Basisvariablen bei Linearität der Grenzzustandsgleichung möglich. In anderen Fällen sind verschiedene Näherungsverfahren gebräuchlich, die auf den Momenten der Basisvariablen und geeignet gewählten Indizes als Sicherheitskenngrößen beruhen. Eine größere Genauigkeit bieten die Zuverlässigkeitstheorien erster bzw. zweiter Ordnung, die ebenfalls von I ausgehen. Im Beitrag wird ein neuartiges Verfahren vorgestellt, dessen Ausgangspunkt nicht I, sondern das Kraftgrößenverfahren als einem Standardalgorithmus des konstruktiven Ingenieurbaus ist. Die Einbeziehung der maßgebenden Zufallsgrößen in die Matrix der Vorzahlen und die Belastungszahlen führt zur Verallgemeinerung des Systems der Elastizitätsgleichungen zum zufälligen System der Elastizitätsgleichungen. Dessen Lösung, die durch den Übergang zu einem deterministischen Ersatzsystem gewonnen wird, liefert die statisch Unbestimmten als Funktionen der im System wirkenden Zufallsgrößen (z.B. E-Modul der Stäbe und Belastung). Da dieser Zusammenhang analytisch vorliegt, kann die Wirkung einzelner Zufallseinflüsse auf die statisch Unbestimmten und die daraus folgenden sicherheitsrelevanten Zustandsgrößen beurteilt werden. Die Dichtefunktion der Grenzzustandsgleichung kann berechnet oder durch Simulation ermittelt werden. Daraus folgt . Nicht normalverteilte Zufallsgrößen werden durch Entwicklung in orthogonale Polynome Gaußscher Zufallsgrößen berücksichtigt.
Wir betrachten im ÖPNV (Öffentlichen Personennahverkehr) diejenige Situation, daß zwei Bus- oder Straßenbahnlinien gemeinsame Haltestellen haben. Ziel unserer Untersuchungen ist es, für beide Linien einen solchen Fahrplan zu finden, der für die Fahrgäste möglichst viel Bequemlichkeit bietet. Die Bedarfsstruktur - die Anzahl von Personen, die die beiden Linien benutzen - setzt dabei gewisse Beschränkungen für die Taktzeiten der beiden Linien. Die verbleibenden Entscheidungsfreiheiten sollen im Sinne der Zielstellung ausgenutzt werden. Im Vortrag wird folgenden Fragen nachgegangen: - nach welchen Kriterien kann man die "Bequemlichkeit" oder die "Synchonisationsgüte" messen? - wie kann man die einzelnen "Synchronisationsmaße" berechnen ? - wie kann man die verbleibenden Entscheidungsfreiheiten nutzen, um eine möglichst gute Synchronisation zu erreichen ? Die Ergebnisse werden dann auf einige Beispiele angewandt und mit den bereitgestellten Methoden Lösungsvorschläge unterbreitet.
Für den Entwurf von Ingenieurbauten ist eine zuverlässige Prognose über den Spannungsverlauf im Bauwerk und auf dessen Rand von großer Bedeutung. Eine geschlossene Lösung der elastischen Bestimmungsgleichungen des Bauwerks ist in der Regel nicht verfügbar. Es wird daher unter Verwendung der Methode der gewichteten Reste eine schwache Form der Gleichungen abgeleitet, die zu einem gemischten Arbeitsprinzip führt. Das zugehörige Finite-Elemente-Modell erlaubt es Spannungen am Rand des Bauwerks zu ermitteln, die im Gleichgewicht zu den angreifenden Lasten stehen.
Wirklichkeitsnahe Erfassung und Beschreibung des Trag- und Verformungsverhaltens von Strukturen baulicher Anlagen hat in den letzten Jahrzehnten ständig an Bedeutung gewonnen. Konstruktionen im Hoch- und Industriebau werden zunehmend multifunktional genutzt - die >Grenzen< zwischen Bauwerk und Tragwerk, zwischen Hüll- und Tragkonstruktion lösen sich auf. Werden raumabschließende Elemente (Wände, Decken, Dächer) gleichzeitig als Tragelemente und wärme- und schalldämmende Konstruktionen ausgeführt, so entstehen beispielsweise Sandwichplatten, deren Schichten sehr stark differierende Materialeigenschaften aufweisen. Beim Aufbau des FEM-Modells für vielschichtige Schalen können die Formänderungshypothesen für jede Schicht einzeln als auch für die Schale insgesamt gegeben werden. Im ersten Fall ist der Knotenfreiheitsgrad von der Schichtenzahl abhängig, im zweiten Fall nicht. Im weiteren wird eine Formänderungshypothese für das Schichtenpaket angenommen. Ausgegangen wird von den Gleichungen der 3D-Elastizitätstheorie. Die Berücksichtigung der Querkraftschubverformungen ergibt die Möglichkeit einer adäquaten Beschreibung der Verformungen sowohl dünner Schalen als auch von Schalen mittlerer Dicke; die Berechnung der Krümmungen und der LAMEschen Parameter der Bezugsfläche zu umgehen, was für komplizierte Schalenformen eine selbständige Aufgabe ist; eines natürlichen Übergangs von homogenen zu geschichteten Schalen. Das vielschichtige isoparametrische Schalen-FE wird vorgestellt, seine Implementierung in das in Entwicklung befindliche Programmsystem SLANG wird vorbereitet.
Seit mehr als fünfzig Jahren werden zur Untersuchung der Tragwerkssicherheit auch Methoden der Wahrscheinlichkeitsrechnung herangezogen. Ungeachtet der inzwischen erreichten Fortschritte und der offensichtlichen Vorzüge, konnte dieses Vorgehen in der Praxis bis jetzt noch nicht ausreichend Fuß fassen. Im Beitrag wird das Problem der Tragwerkssicherheit mit einem neuartigen Verfahren behandelt. Im Unterschied zu den üblichen probabilistischen Methoden geht es nicht von Verteilungsfunktionen aus. Vielmehr werden die maßgebenden Zufallsgrößen in den Mittelpunkt gestellt und direkt in die Rechenvorschrift eingeführt. Als mathematisches Hilfsmittel dienen die WIENERschen Chaos-Polynome. Sie stellen im Raum der Zufallsgrößen mit beschränkter Varianz eine Basis dar, mit der sich eine beliebige Zufallsgröße nach orthogonalen Polynomen GAUSSscher Zufallsgrößen entwickeln läßt. So entsteht ein effektiver Formalismus, der sich eng an die herkömmliche Deformationsmethode anlehnt und als deren probabilistische Verallgemeinerung angesprochen werden darf. Die Methode liefert die Grenzzustandsbedingung als Funktion der auf das Tragwerk wirkenden Zufallsgrößen. Die Versagenswahrscheinlichkeit kann daher durch Monte-Carlo-Simulation bestimmt werden. Die mit der Auswertung des Wahrscheinlichkeitsintegrals der First Order Reliability Method (FORM) verbundenen Schwierigkeiten werden vermieden. An einem Beispieltragwerk wird dargestellt, wie sich Veränderungen gewisser Konstruktionsparameter auf die Versagenswahrscheinlichkeit auswirken.
Im Vortrag wird der Frage nachgegangen, inwieweit zwischen den strukturellen Parametern Dispersion eines Verkehrsnetzes bzw. der Kennziffer der Unterentwicklung eines Verkehrsnetzes und den mittleren Fahrzeiten bzgl. unterschiedlicher Verkehrsbedarfsmatrizen ein Zusammenhang besteht. An Hand von 10 verschiedenen Ring-Radius-Strukturen für den MIV (Motorisierter Individual-Verkehr) und 3 verschiedenen Ring-Radius-Strukturen für den Busverkehr wird bei 5 unterschiedlichen O-D-Bedarfsmatrizen der Nachweiß eines solchen Zusammenhanges geführt. Die Ergebnisse erlauben es, auf Grund struktureller Analysen Aussagen über funktionelle Bewertungen des Verkehrsnetzes zu treffen. Da strukturelle Bewertungen mit wesentlich geringerem Aufwand an Input-Daten und an Rechenzeit als funktionelle Bewertungen bestimmbar sind, bringt dies deutliche Einsparungen in der Planungsphase von Verkehrsnetzen mit sich.
Es wird gezeigt, daß zur Aufstellung eines korrekten Momentengleichgewichts nach Theorie zweiter Ordnung für Querkräfte die Hebelarme des unverformten Systems und für Normalkräfte Hebelarme des verformten Systems zu benutzen sind. Im Allgemeinen ist es aber nicht möglich, die Knotenverformungen eines Rahmens in relevante und nicht relevante Anteile zu zerlegen, so daß ein Momentengleichgewicht bei Berechnungen nach Theorie zweiter Ordnung im Allgemeinen nicht sinnvoll ist.
Most retaining walls and box culverts built for arterial road construction are simple, and the design process of these structures is often repetitive and labor-intensive because they are so similar in structural configuration. Although some integrated design automation systems developed for retaining walls and box culverts have expedited the design process of these structures, the process of collecting and distributing the resultant engineering documents has not been fully integrated with the computer applications. We have been developing a Web-based design automation system to manage the resultant documents as well as to speed up the repetitive design process. Manipulation of engineering drawings in the Web page is one of the critical functions needed for Web-based design automation. eXtensible Markup Language (XML) and XML-based vector graphics are expected to facilitate the representation of engineering drawings in the Web page. In this paper, we present how we used XML and Scalable Vector Graphics (SVG) to compose engineering drawings and represent them in the Web page. XML Data Island we designed to define drawing components turned out effective in manipulating the engineering drawings in the Web page.
Many structures in different engineering applications suffer from cracking. In order to make reliable prognosis about the serviceability of those structures it is of utmost importance to identify cracks as precisely as possible by non-destructive testing. A novel approach (XIGA), which combines the Isogeometric Analysis (IGA) and the Extended Finite Element Method (XFEM) is used for the forward problem, namely the analysis of a cracked material, see [1]. Applying the NURBS (Non-Uniform Rational B-Spline) based approach from IGA together with the XFEM allows to describe effectively arbitrarily shaped cracks and avoids the necessity of remeshing during the crack identification problem. We want to exploit these advantages for the inverse problem of detecting existing cracks by non-destructive testing, see e.g. [2]. The quality of the reconstructed cracks however depends on two major issues, namely the quality of the measured data (measurement error) and the discretization of the crack model. The first one will be taken into account by applying regularizing methods with a posteriori stopping criteria. The second one is critical in the sense that too few degrees of freedom, i.e. the number of control points of the NURBS, do not allow for a precise description of the crack. An increased number of control points, however, increases the number of unknowns in the inverse analysis and intensifies the ill-posedness. The trade-off between accuracy and stability is aimed to be found by applying an inverse multilevel algorithm [3, 4] where the identification is started with short knot vectors which successively will be enlarged during the identification process.
The availability of the WWW technology and the introduction of the Internet as basic resource like water, electricity or gas changes dramatically normal live, business and of course civil engineering. New technologies enable innovative technical solutions and offer new potential for improvements towards support of humans nature appropriate ways of working. This demands a new culture of work and collaboration. To contribute to theses challenges is a matter the discipline 'Bauinformatik' by supporting related research, development, education and training in civil engineering. This contribution to the IKM Conference 2000 in Weimar sketches selected research and education activities of the institutes of the authors on the topics of WWW based simulation systems (example WEASEL) and of WWW based project platforms (projects MorWin and TaiGer as well as an European education experiment). Both topics supports the collaboration by new ways of tele cooperation in international, heterogeneous and interdisciplinary engineering. Demonstration from this developments and projects will be used to illustrate the dimension of changes in civil engineering in due to modern ICT.
This study aims at constructing the simulation system of distribution patterns of solar irradiance, sunshine duration and sky factor with the user-friendly interface and sharing this system with users on the Internet. The characteristics of this simulation system are as follows: (1) Web-based user interface, (2) Accessible system through the Internet and (3) Sunlight and skylight simulation based on physically accurate equations with considering various sky conditions and the reflection from the surface of objects. As a case study, impact of the development plans are analyzed and evaluated using this system. Solar irradiance, sunshine duration and sky factor are calculated at the surface of the buildings and open spaces every 10 minutes from 8 to 16 on the winter solstice. The values of these indices are expressed as the ratio to those calculated under the condition with no buildings. In conclusion, this web-based simulation system can be useful for visualizing the sunlight and skylight conditions on outdoor open spaces and the surface of the buildings to evaluate development plans objectively. Users can make access to the system from almost all of the computers connected with the Internet and modify parameters by themselves to get desirable results. Further improvement of the user interface is necessary using more advanced technology of CGI, Java and JavaScript.
This paper describes the concept, implementation and application of the Web-based Information System ‘Turtle’ for data monitoring, analysis, reporting and management in engineering projects. The system uses a generalised object-oriented approach for information modelling of physical state variables from measurements and simulations by sets of tensor objects and is implemented platform-independently as a Web application. This leads to a more flexible handling of measurement and simulation information in distributed and interdisciplinary engineering projects based on the concept of information sharing. The potential and advantages of Web-based information systems like ‘Turtle’ are described for one selected application example: a measurement programme dealing with the physical limnology of Lake Constance.
This paper describes the concept and experiences of the international Open Distance Learning Course ‘HydroWeb’. This course deals with the introduction of Web-based Collaborative Engineering in standard education programmes of water related engineering and civil engineering based on information sharing. Organized under the umbrella of IAHR and ETNET21 this course is collaboration from several universities from all over the world. Started in 1999 the course demonstrates the potential and innovative opportunities of Web-Technology in education, research and engineering: Students from the different partner universities form small distributed teams to solve a given engineering problem in a time window of two weeks. To overcome the spatial distribution the students apply modern Web technology such as video conferencing, application sharing and document management. All results as well as the final reports are presented as Web document on a shared Web-based project platform (http://www.hydro-web.org). Besides the experiences to apply standard Web tools and working methods based on information sharing instead the conventional information exchange in the daily engineering work the students improve their soft skills operate successfully in international and interdisciplinary project environments as part of the ‘Technical Culture’ of nowadays.
In this paper, wavelet energy damage indicator is used in response surface methodology to identify the damage in simulated filler beam railway bridge. The approximate model is addressed to include the operational and surrounding condition in the assessment. The procedure is split into two stages, the training and detecting phase. During training phase, a so-called response surface is built from training data using polynomial regression and radial basis function approximation approaches. The response surface is used to detect the damage in structure during detection phase. The results show that the response surface model is able to detect moderate damage in one of bridge supports while the temperatures and train velocities are varied.
In many applications such as parameter identification of oscillating systems in civil enginee-ring, speech processing, image processing and others we are interested in the frequency con-tent of a signal locally in time. As a start wavelet analysis provides a time-scale decomposition of signals, but this wavelet transform can be connected with an appropriate time-frequency decomposition. For instance in Matlab are defined pseudo-frequencies of wavelet scales as frequency centers of the corresponding bands. This frequency bands overlap more or less which depends on the choice of the biorthogonal wavelet system. Such a definition of frequency center is possible and useful, because different frequencies predominate at different dyadic scales of a wavelet decomposition or rather at different nodes of a wavelet packet decomposition tree. The goal of this work is to offer better algorithms for characterising frequency band behaviour and for calculating frequency centers of orthogonal and biorthogonal wavelet systems. This will be done with some product formulas in frequency domain. Now the connecting procedu-res are more analytical based, better connected with wavelet theory and more assessable. This procedures doesn’t need any time approximation of the wavelet and scaling functions. The method only works in the case of biorthogonal wavelet systems, where scaling functions and wavelets are defined over discrete filters. But this is the practically essential case, because it is connected with fast algorithms (FWT, Mallat Algorithm). At the end corresponding to the wavelet transform some closed formulas of pure oscillations are given. They can generally used to compare the application of different wavelets in the FWT regarding it’s frequency behaviour.
Wahrnehmung und Verarbeitung von Ereignissen bei der verteilten Planung im baulichen Brandschutz
(2003)
Der Bauplanungsprozess ist durch ein hohes Maß an Kooperation zwischen Planungsbeteiligten verschiedener Fachrichtungen gekennzeichnet. Hierbei werden zum einen Planungen auf der Basis von Planungsinformationen anderer Planungsbeteiligter detailliert, zum anderen geben Planungen einzelner auch wichtige Rahmenbedingungen für die Gesamtplanung vor. Der vorliegende Beitrag beschreibt einen Ansatz zur ganzheitlichen Unterstützungen verteilter Planungen am Beispiel des baulichen Brandschutzes. Der Antrag trägt hierbei der verteilten und parallelen Planung Rechnung, wie sie heute bei der Planung großer und mittlerer Bauwerke angewendet wird. Die Verteiltheit wird nicht nur für die Planungsbeteiligten modelliert, sondern auch die einzelnen Planungsinformationen liegen im gemeinsamen Kooperationsverbund verteilt vor. Der Fokus dieses Beitrags liegt auf der Wahrnehmung von Planungsänderungen und Ereignissen während der Planung und die Verarbeitung dieser Informationen um eine durchgängige Planung zu gewährleisten. Dies wird zum einen durch das CoBE Awarenessmodell erreicht, mit dem Ereignisse erkannt und dem Informationsverbund zur Verfügung gestellt werden können. Zum anderen werden die Ereignisbehandlung und die darauf folgende fachgerechte Informationsverarbeitung mit Hilfe eines Multi-Agentensystems beschrieben.
Nichtstationäre Baustellenprozesse sind dadurch gekennzeichnet, daß ihr Ablauf nicht vollständig vorhersehbar ist, sondern einer Vielzahl von Störungen unterworfen sein kann. Zur Planung und Steuerung dieser Prozesse sind daher Methoden erforderlich, welche u.a. eine große Anpassungsfähigkeit, die Darstellung paralleler Vorgänge, die Erfassung plötzlicher Störungen sowie stochastische bzw. unscharfe Parameter zulassen. Hiervon ausgehend wurden spezielle Simulationssysteme entwickelt. In der Praxis dient jedoch in den meisten Fällen das Balkendiagramm bzw. die Netzplantechnik als Planungshilfsmittel. Dabei ist der Informationsgehalt der Netzplantechnik eindeutig geringer gegenüber der Simulation. Auch fallen deterministische Berechnungen in der Regel zu optimistisch aus. Ein Wechsel von der Netzplantechnik zur Simulation ist möglich, indem zunächst Netzpläne auf der Grundlage von Petri-Netzen dargestellt werden und somit ein schrittweiser Übergang zur Simulation erfolgt. Neben der Modellbildung kommt der Bereitstellung realitätsnaher Parameter, die den Berechnungen zugrunde gelegt werden, eine große Bedeutung zu. Bei der Terminplanung sind Kenntnisse zu bestimmten äußeren Einflüssen (z. B. Niederschlag) oft nur in unscharfer Weise vorhanden. Hier bietet sich der Einsatz von Fuzzy-Verfahren an. Mit ihrer Hilfe lassen sich unscharfe Faktoren erfassen und in die Planung einbeziehen. Sowohl zur Darstellung von Petri-Netzen als zur Berechnung (Simulation) auf deren Grundlage sowie zur Aufbereitung der Daten mittels Fuzzy-Verfahren liegen entsprechende Rechenprogramme vor.
Im Bereich der Altbausanierung und der Bestandserfassung im Bauwesen ist es häufig notwendig, bestehende Pläne hinsichtlich des Bauwerkszustandes zu aktualisieren oder, wenn diese Pläne nicht (mehr) zugänglich sind, gänzlich neue Planunterlagen des Ist-Zustandes zu erstellen. Ein komfortabler Weg, diese Bauwerksdaten zu erheben, eröffnet die Technologie der Laservermessung. Der vorliegende Artikel stellt in diesem Zusammenhang Ansätze zur Teilautomatisierung der Generierung eines dreidimensionalen Computermodells eines Bauwerkes vor. Als Ergebnis wird ein Volumenmodell bereitgestellt, in dem zunächst die geometrischen und topologischen Informationen über Flächen, Kanten und Punkte im Sinne eines B-rep Modells beschrieben sind. Die Objekte dieses Volumenmodells werden mit Verfahren aus dem Bereich der künstlichen Intelligenz analysiert und in Bauteilklassen systematisch kategorisiert. Die Kenntnis der Bauteilsemantik erlaubt es somit, aus den Daten ein Bauwerks-Produktmodell abzuleiten und dieses einzelnen Fachplanern – etwa zur Erstellung eines Energiepasses – zugänglich zu machen. Der Aufsatz zeigt den erfolgreichen Einsatz virtueller neuronaler Netze im Bereich der Bestandserfassung anhand eines komplexen Beispiels.