TY - JOUR A1 - Hanna, John T1 - Computational Modelling for the Effects of Capsular Clustering on Fracture of Encapsulation-Based Self-Healing Concrete Using XFEM and Cohesive Surface Technique JF - Applied Sciences N2 - The fracture of microcapsules is an important issue to release the healing agent for healing the cracks in encapsulation-based self-healing concrete. The capsular clustering generated from the concrete mixing process is considered one of the critical factors in the fracture mechanism. Since there is a lack of studies in the literature regarding this issue, the design of self-healing concrete cannot be made without an appropriate modelling strategy. In this paper, the effects of microcapsule size and clustering on the fractured microcapsules are studied computationally. A simple 2D computational modelling approach is developed based on the eXtended Finite Element Method (XFEM) and cohesive surface technique. The proposed model shows that the microcapsule size and clustering have significant roles in governing the load-carrying capacity and the crack propagation pattern and determines whether the microcapsule will be fractured or debonded from the concrete matrix. The higher the microcapsule circumferential contact length, the higher the load-carrying capacity. When it is lower than 25% of the microcapsule circumference, it will result in a greater possibility for the debonding of the microcapsule from the concrete. The greater the core/shell ratio (smaller shell thickness), the greater the likelihood of microcapsules being fractured. KW - Beton KW - Mikrokapsel KW - Rissausbreitung KW - Tragfähigkeit KW - self-healing concrete KW - microcapsule KW - capsular clustering KW - circumferential contact length KW - OA-Publikationsfonds2022 Y1 - 2022 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20220721-46717 UR - https://www.mdpi.com/2076-3417/12/10/5112 VL - 2022 IS - Volume 12, issue 10, article 5112 SP - 1 EP - 17 PB - MDPI CY - Basel ER - TY - JOUR A1 - Faridmehr, Iman A1 - Tahir, Mamood Md. A1 - Lahmer, Tom T1 - Classification System for Semi-Rigid Beam-to-Column Connections JF - LATIN AMERICAN JOURNAL OF SOLIDS AND STRUCTURES 11 N2 - The current study attempts to recognise an adequate classification for a semi-rigid beam-to-column connection by investigating strength, stiffness and ductility. For this purpose, an experimental test was carried out to investigate the moment-rotation (M-theta) features of flush end-plate (FEP) connections including variable parameters like size and number of bolts, thickness of end-plate, and finally, size of beams and columns. The initial elastic stiffness and ultimate moment capacity of connections were determined by an extensive analytical procedure from the proposed method prescribed by ANSI/AISC 360-10, and Eurocode 3 Part 1-8 specifications. The behaviour of beams with partially restrained or semi-rigid connections were also studied by incorporating classical analysis methods. The results confirmed that thickness of the column flange and end-plate substantially govern over the initial rotational stiffness of of flush end-plate connections. The results also clearly showed that EC3 provided a more reliable classification index for flush end-plate (FEP) connections. The findings from this study make significant contributions to the current literature as the actual response characteristics of such connections are non-linear. Therefore, such semirigid behaviour should be used to for an analysis and design method. KW - Tragfähigkeit KW - Stütze KW - Träger KW - Beam-to-column connection; semi-rigid; flush end-plate connection; moment-rotation curve Y1 - 2016 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20170401-30988 SP - 2152 EP - 2175 ER - TY - THES A1 - Masarira, Alvin T1 - Beitrag zu Ermittlung der Gesamtstabilitaet von Hallenrahmen unter Beruecksichtigung der konstruktiven Gestaltung von Rahmenecken T1 - The Stability of Steel Frames under the Consideration of the Influence of the Design and Construction of Frame Joints N2 - Die in der Praxis häufig vorkommenden Rahmenecken werden zur Ermittlung ihrer Wölb- und Drehsteifigkeiten untersucht. Die Kontinui- tätsbedingungen dafür werden formuliert. Mit Finite- Schalenelementen werden Gesamthallenrahmen mit unterschiedlichen Abmessungen, Profilen, Dachneigungen, Stabilisierungen und Rahmeneck- formen modelliert. Dadurch werden die Auswirkungen und Einflüsse der Rahmeneckkonstruktion auf die Stabilität des Tragwerkes untersucht. Durch vergleichende Untersuchungen mit dem Ersatzstabverfahren nach der DIN 18800 werden für jede Rahmenecke realitätsnahe ßo- und ßz Werte vorgeschlagen. N2 - Common joint types are investigated in order to determine their warping and bending restraints. Continuity conditions for warping of the joints are formulated. Using an FE-Shellmodel whole frames with different dimensions, section profiles, roof slopes, bracing systems and joints are designed and calculated. The objective is to detremine the effect of joint construction on the critical loads for flexural-torsional buckling of the system. Through comparative investigations of the critical loads using the equivalent member method of the German standards for steel structures, it is possible to assign to each joint type relatively accurate ßo- and ßz coefficients. KW - Rahmentragwerk KW - Rahmenecke KW - Profilstahl KW - Tragfähigkeit KW - Stabilität KW - Stahlbau KW - Woelbsteifigkeit KW - Knotenmodell KW - Gabellagerung KW - Bimomente KW - Kontinuitaetsbedingungen KW - Steel frames KW - Joint type KW - Warping stiffness KW - Warping moments KW - Stability behavior Y1 - 1997 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20040311-712 ER - TY - THES A1 - Roos, Dirk T1 - Approximation und Interpolation von Grenzzustandsfunktionen zur Sicherheitsbewertung nichtlinearer Finite-Elemente-Strukturen T1 - Reliability analysis using approximation and interpolation of nonlinear finite element limit state functions N2 - Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Berechnung der Sicherheit von Strukturen mit sowohl geometrisch als auch physikalisch nichtlinearem Verhalten. Die Berechnung der Versagenswahrscheinlichkeit einer Struktur mit Hilfe von Monte-Carlo-Simulationsmethoden erfordert, dass die Funktion der Strukturantwort implizit berechnet wird, zum Beispiel durch nichtlineare Strukturanalysen für jede Realisation der Zufallsvariablen. Die Strukturanalysen bilden jedoch den Hauptanteil am Berechnungsaufwand der Zuverlässigkeitsanalyse, so dass die Analyse von realistischen Strukturen mit nichtlinearem Verhalten durch die begrenzten Computer-Ressourcen stark eingeschränkt ist. Die klassischen Antwortflächenverfahren approximieren die Funktion der Strukturantwort oder aber die Grenzzustandsfunktion durch Polynome niedriger Ordnung. Dadurch ist für die Auswertung des Versagens-Kriteriums nur noch von Interesse, ob eine Realisation der Basisvariablen innerhalb oder außerhalb des von der Antwortflächenfunktion gebildeten Raumes liegt - die Strukturanalyse kann dann entfallen. Bei stark nichtlinearen Grenzzustandsfunktionen versagt die polynomiale Approximation. Das directional sampling neigt bei Problemen mit vielen Zufallsvariablen zu einem systematischen Fehler. Das adaptive importance directional sampling dagegen beseitigt diesen Fehler, verschenkt jedoch Informationen über den Verlauf der Grenzzustandsfunktion, da die aufgefundenen Stützstellen aus den vorangegangenen Simulationsläufen nicht berücksichtigt werden können. Aus diesem Grund erscheint eine Kombination beider Simulationsverfahren und eine Interpolation mittels einer Antwortfläche geeignet, diese Probleme zu lösen. Dies war die Motivation für die Entwicklung eines Verfahren der adaptiven Simulation der Einheitsvektoren und anschließender Interpolation der Grenzzustandsfunktion durch eine Antwortflächenfunktion. Dieses Vorgehen stellt besondere Anforderungen an die Antwortflächenfunktion. Diese muss flexibel genug sein, um stark nichtlineare Grenzzustandsfunktionen beliebig genau annähern zu können. Außerdem sollte die Anzahl der verarbeitbaren Stützstellen nicht begrenzt sein. Auch ist zu berücksichtigen, dass die Ermittlung der Stützstellen auf der Grenzzustandsfunktion nicht regelmäßig erfolgt. Die in dieser Arbeit entwickelten Methoden der lokalen Interpolation der Grenzzustandsfunktion durch Normalen-Hyperebenen bzw. sekantialen Hyperebenen und der sowohl lokalen als auch globalen Interpolation durch gewichtete Radien erfüllen diese Anforderungen. ungen. dieser Arbeit entwickelten Methoden der lokalen Interpolation der Grenzzustandsfunktion durch Normalen-Hyperebenen bzw. sekantialen Hyperebenen und der sowohl lokalen als auch globalen Interpolation durch gewichtete Radien erfüllen diese Anforderungen. N2 - The objective is the analysis of the structural reliability of nonlinear finite element systems. Normally, the limit state of a structural system is described implicitly, e.g. through an algorithmic procedure within finite element analysis. Alternatively, the original limit state function can be approximated by a response surface function. One of the major advantages of the response surface method lies in its potential to selectively determine the number of structural analyses of the support points. By such means the computational effort can be substantially reduced. On the other hand, the global approximation schemes widely used in the application of the response surface method can be quite misleading due to the lack of information in certain regions of the random variable space. It is therefore required to avoid such undesirable interpolation errors at reasonable computational effort. The polynomial approximations are not quite flexible. They always need a predefined number of limit state check points in unimportant directions in order to avoid any approximation problems. On this account the maximum number of limit state check points is limited, too. The study presents an approach to polyhedral and weighted modeling of convex and concave failure surfaces intended to provide reasonably accurate estimates of failure probabilities while maintaining computational efficiency. In particular, these response surfaces can be adaptively refined to consistently increase the accuracy of the estimated failure probability. This is achieved by a combination of random search strategies (based on the adaptive directional sampling approach) as well as deterministic search refinement together with local and global interpolation schemes. The main advantage of these methods is their flexibility for the approximation of highly nonlinear limit state functions. In this sense, the proposed methods are very robust and efficient. KW - Tragwerk KW - Nichtlineares System KW - Tragfähigkeit KW - Mechanisches Versagen KW - Zuverlässigkeitstheorie KW - Finite-Elemente-Methode KW - Sicherheit KW - Antwortflächenverfahren KW - structural reliability KW - response surface method KW - finite elements Y1 - 2001 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20040311-745 ER - TY - THES A1 - Borth, Olaf T1 - Abschätzung der Tragfähigkeit von Queranschlüssen an Trägern aus Voll- und Brett-schichtholz im Rahmen der Linear-Elastischen Bruchmechanik T1 - Estimation of the load-carrying capacity of perpendicular-to-grain connections in timber and glulam by fracture criterion in the framework of LEFM N2 - In der Arbeit werden Möglichkeiten aufgezeigt, die Tragfähigkeit von Queranschlüssen an Trägern aus Voll- und Brettschichtholz abzuschätzen. Die Tragfähigkeit dieser Anschlüsse wird nicht allein durch die Tragfähigkeit der mechanischen Verbindungsmittel selbst begrenzt. Die Tragfähigkeit der Verbindungsmittel wird in dieser Arbeit a priori als hinreichend betrachtet. Sie kann z. B. nach der Theorie von JOHANSEN bestimmt werden. Insbesondere bei solchen Anschlüssen, welche unterhalb der Schwerachse von Trägern angeordnet sind, erzeugen die durch die Verbindungsmittel eingeleiteten Lasten Beanspruchungen, welche die Tragfähigkeiten dieser Anschlüsse bestimmen. Die Abschätzung der Tragfähigkeit auf der Basis von Spannungen hat bei dieser Problemstellung methodische Schwächen. Bauteile aus Holz können unter Gebrauchsbedingungen rißbehaftet sein. Mit den Methoden der Linear-Elastischen Bruchmechanik kann die Tragfähigkeit von rißbehafteten Bauteilen beurteilt werden. Es werden wegen der Vielzahl möglicher Ausführungvarianten lediglich Anschlüsse betrachtet, welche mit stiftförmigen Verbindungsmitteln hergestellt werden. Zur Bestimmung bruchmechanischer Kennwerte werden numerische Methoden angewendet. Es werden wichtige Parameter dieser Anschlüsse untersucht und hinsichtlich ihrer Berücksichtigung im Rechenmodell bewertet. Zur Verifizierung des Rechenmodells werden Vergleiche mit experimentellen Untersuchungen anderer Wissenschaftler angestellt. Der Einsatz verschiedener Versagenskriterien wird diskutiert. Schließlich wird ein formaler Zusammenhang zur Abschätzung der Tragfähigkeit für einzelne Verbindungsmittel hergestellt. Weiterhin wird die Tragfähigkeit von praxisüblichen Anschlüssen anhand einfacher Zusammenhänge aufgezeigt. N2 - The load-carrying capacity of bolted and nailed joints under lateral force perpendicular to grain not only depends on the bearing capacity of the fastener itself. Especially for hangers below the gravity axis the load-carrying capacity is limited by stresses in the structural mem-ber caused by force transfer of the joint. For dowel-type fasteners there is a good estimation of the load-carrying by applying JOHANSEN’s theory. In this examination the strength of the fasteners is recognized as satisfied by this theory. For this reason the paper only deals with the estimation of the load-carrying capacity by consideration of uniaxial stresses due to lateral forces. An estimation of the ultimate load based on nominal stresses according to the theory of elasticity is quite difficult. The reason is the inaccuracy in determining maximum finite or area averaged stress values as well as the formulation of suitable failure criterions. Because of the local force concentration those areas have high stress gradients therefore a high sensibility of global failure strength in respect to the fracture toughness can also be assumed. Fracture toughness is the critical material parameter of linear-elastic fracture me-chanics. The calculation model which is presented in this paper is based on the numerical methods of the LEFM in order to estimate the ultimate limit state of wooden members under local loads perpendicular to the grain, like e.g. of mechanical joints with dowel-type fa-steners. Beside the short presentation of the basic finite element formulation of the LEFM, the influences of structural modeling, material- and structural depended parameters on the results of the strength simulation are presented. For several examples the results of the calculations are compared with the experimental ones published in scientific literature. Fi-nally the application of several fracture criterions will be discussed in order to derivate a simple design formula to predict the limit state strength of perpendicular-to-grain bolted timber connections. The solution will be compared with generally known approaches for this problem. KW - Träger KW - Brettschichtholz KW - Vollholz KW - Holzverbindung KW - Tragfähigkeit KW - Linearelastische Bruchmechanik KW - Holz KW - Queranschluß KW - Spannungsintensitätsfaktor KW - Bruchzähigkeit KW - Mixed Mode KW - Timber KW - Perpendicular-to-grain loaded Connections KW - Stress Intensity Factor KW - Fracture Toughness KW - Mixed Mode Y1 - 2002 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20040212-250 ER -