TY - CHAP A1 - Raue, Erich ED - Gürlebeck, Klaus ED - Könke, Carsten T1 - NONLINEAR ANALYSIS OF COMPOSITE CROSS-SECTIONS WITH PRE-DEFORMATIONS N2 - An energy method based on the LAGRANGE Principle of the minimum of total potential en-ergy is presented to calculate the stresses and strains of composite cross-sections. The stress-strain relation of each partition of the cross-section can be an arbitrary piecewise continuous function. The strain energy is transformed into a line integral by GAUSS’s integral theorem. The total strain of each partition of the cross-section is split into load-dependent strain and pre-strain. Pre-strains have to be taken into account when the cross-section is pre-stressed, retrofit-ted or influenced by shrinkage, temperature etc. The unconstrained minimum problem can be solved for each load combination using standard software. The application of the method presented in the paper is demonstrated by means of examples. KW - Angewandte Informatik KW - Angewandte Mathematik KW - Architektur KW - Computerunterstütztes Verfahren KW - Computer Science Models in Engineering; Multiscale and Multiphysical Models; Scientific Computing Y1 - 2010 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20170314-28804 UR - http://euklid.bauing.uni-weimar.de/ikm2009/paper.html SN - 1611-4086 ER - TY - CHAP A1 - Raue, Erich A1 - Timmler, Hans-Georg A1 - Schröter, Hendrik ED - Gürlebeck, Klaus ED - Könke, Carsten T1 - NON-LINEAR ANALYSIS OF SHELLS OF REVOLUTION USING MATHEMATICAL OPTIMISATION N2 - In the paper presented, reinforced concrete shells of revolution are analyzed in both meridional and circumferential directions. Taking into account the physical non-linearity of the material, the internal forces and the deflections of the shell as well as the strain distribution at the cross-sections are calculated. The behavior of concrete under compression is described by linear and non-linear stress-strain relations. The description of the behavior of concrete under tension must account for tension stiffening effects. A tri-linear function is used to formulate the material law of reinforcement. The problem cannot be solved analytically due to the physical non-linearity. Thus a numerical solution is formulated by means of the LAGRANGE Principle of the minimum of the total potential energy. The kinematically admissible field of deformation is defined by the displacements u in the meridional and w in the radial direction. These displacements must satisfy the equations of compatibility and the kinematical boundary conditions of the shell. The strains are linearly distributed across the wall thickness. The strain energy depends on the specific of the material behavior. Using integral formulations of the material law [1], the strain energy of each part of the cross-section is defined as a function of the strains at the boundaries of the cross-sections. The shell is discretised in the meridional direction. Various methods of numerical differentiation and numerical integration are applied in order to determine the deformations and the strain energy. The unknown displacements u and w are calculated by a non-restricted extremum problem based on the minimum of the total potential energy. From mathematical point of view, the objective function is a convex function, thus the minimum can be determined without difficulty. The advantage of this formulation is that unlike non-linear methods with path-following algorithms the calculation does not have to account for changing stiffness and load increments. All iterations necessary to find the solution are integrated into the “Solver”. The model presented provides many ways of investigating the influence of various material parameters on the stresses and deformations of the entire shell structure. KW - Angewandte Informatik KW - Angewandte Mathematik KW - Architektur KW - Computerunterstütztes Verfahren KW - Computer Science Models in Engineering; Multiscale and Multiphysical Models; Scientific Computing Y1 - 2010 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20170314-28818 UR - http://euklid.bauing.uni-weimar.de/ikm2009/paper.html SN - 1611-4086 ER - TY - CHAP A1 - Raue, Erich ED - Gürlebeck, Klaus ED - Könke, Carsten T1 - NICHTLINEARE ANALYSE VON VERBUNDQUERSCHNITTEN - EIN NEUER ALTERNATIVER WEG N2 - A new approach to the non-linear analysis of cross-sections loaded by normal forces and bending moments is presented in the paper. The mechanical model is based on the LAGRANGE principle of minimum of total potential energy. Deformations, stresses and limit load parameters are obtained by solving a non-linear optimisation problem. The mathematical model is independent of the specifics of material. In addition to the stress strain relation and the specific strain energy W(ε) two further functions F(ε) and Φ(ε) are introduced to describe the material behaviour. Thus cracks in concrete, non-linearity of material etc. can be taken into account without basic modification of the numerical algorithm. For polygonal cross-sections the GAUSS' integral theorem is used. Numerical solutions of the non-linear optimisation problems can be found by application of standard software. Thus the analysis of reinforced concrete cross-sections or more general composite cross-sections with non-linear behaviour of material is as simple as in the case of linear elasticity. The application of the method is demonstrated for polygonal cross-sections. Pre-stresses or pre-strains can easily be included in the mathematical model. KW - Architektur KW - CAD KW - Computerunterstütztes Verfahren Y1 - 2006 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20170327-30027 UR - http://euklid.bauing.uni-weimar.de/ikm2006/index.php_lang=de&what=papers.html ER - TY - CHAP A1 - Raue, Erich A1 - Timmler, Hans-Georg ED - Gürlebeck, Klaus ED - Könke, Carsten T1 - NUMERISCHE ANALYSE VON VERBUNDQUERSCHNITTEN MIT NICHTLINEAREM MATERIALVERHALTEN UNTER BERüCKSICHTIGUNG VON VORVERFORMUNGEN N2 - The presented method for an physically non-linear analysis of stresses and deformations of composite cross-sections and members based on energy principles and their transformation to non-linear optimisation problems. From the LAGRANGE principle of minimum of total potential energy a kinematic formulation of the mechanical problem can be developed, which has the general advantage that pre-deformations excited by shrinkage, temperature, residual deformations after unloading et al., can be considered directly. Thus the non-linear analysis of composite cross-sections with layers of different mechanical properties and different preloading becomes possible and cracks in concrete, stiffness degradation and other specifics of the material behaviour can be taken into account without cardinal modification of the mathematical model. The impact of local defects on the bearing capacity of an entire element can also be analysed in this principle way. Standard computational systems for mathematical optimisation or general programs for spreadsheet analysis enable an uncomplicated implementation of the developed models and an effective non-linear analysis for composite cross-sections and elements. KW - Architektur KW - CAD KW - Computerunterstütztes Verfahren Y1 - 2006 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20170327-30039 UR - http://euklid.bauing.uni-weimar.de/ikm2006/index.php_lang=de&what=papers.html ER - TY - CHAP A1 - Raue, Erich A1 - Weitzmann, Rüdiger T1 - Analysis and Design of Hybrid Structures using Optimization Strategies N2 - The paper gives a general overview and concerns with a specified set of computer-aided analysis modules for hybrid structures loaded by extreme excitations. All problems are solved by methods of linear, quadratic or nonlinear mathematical optimization, that leads to very effective and economic design solutions. All approaches are derived from general optimization problem that can be easily altered to conform to specific design tasks. Some advantages and possibilities of hybrid structural modeling (single or mixed model-supported) are discussed. The methods will be illustrated by an example structure and optimization schemes. KW - Konzipieren KW - Bauwerk KW - Optimierung Y1 - 2004 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20111215-1023 ER - TY - CHAP A1 - Raue, Erich A1 - Timmler, Hans-Georg A1 - Adami, Kay T1 - Physikalisch nichtlineare Analyse von Aussteifungssystemen unter Einbeziehung von Lastfolgeeffekten N2 - Die physikalisch nichtlineare Analyse von Stahlbetontragwerken unter Berücksichtigung des Einspielverhaltens (adaptives Tragverhalten) mit Methoden der mathematischen Optimierung ist seit Jahren Gegenstand intensiver Forschungsarbeiten am Lehrstuhl Massivbau I der Bauhaus-Universität Weimar. Die dabei entwickelten Modelle und Algorithmen werden im folgenden Beitrag exemplarisch auf die Untersuchung von Aussteifungssystemen in Großtafelbauweise angewendet. Da bei diesen Gebäuden die aussteifende Konstruktion aus zusammengesetzten großformatigen Betonfertigteilen besteht, wird das Gesamttragverhalten maßgebend durch das Fugentragverhalten bestimmt. Die physikalische Nichtlinearität wird durch das Aufreißen der unbewehrten Horizontalfugen und den verschieblichen Verbund in den Vertikalfugen charakterisiert und entsprechend im Berechnungsmodell berücksichtigt. Beispielrechnungen belegen, dass für die beschriebenen Aussteifungssysteme signifikante Spannungsumlagerungen infolge des nichtlinearen Fugentragverhaltens auftreten. Weiterhin können Lastfolgeeffekte rechnerisch nachgewiesen werden. Im Gegensatz zu seismisch beanspruchten Systemen, die in kürzester Zeit wiederholt extrem beansprucht werden, ist die Eintrittswahrscheinlichkeit bemessungsrelevanter Windlasten gering. KW - Gebäude KW - Tafelbau KW - Aussteifung KW - Stahlbeton KW - Tragverhalten KW - Nichtlineares Phänomen KW - Modellierung Y1 - 2003 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20111215-3498 ER - TY - CHAP A1 - Raue, Erich T1 - Anwendung der mathematischen Optimierung bei der Modellbildung und Analyse des nichtlinearen Tragverhaltens von Stahlbetontragwerken N2 - In den zurückliegenden Jahren wurden an der Professur Massivbau I umfangreiche Untersuchungen zur Modellbildung und rechnerischen Erfassung des Tragverhaltens von Tragwerken und Tragwerkselementen aus Stahlbeton und Spannbeton unter Berücksichtigung von Rißbildungen und Plastizierungen durchgeführt. Diesen Untersuchungen liegt als einheitliches methodisches Konzept der mathematischen Problembeschreibung und Problemlösung die mathematische Optimierung zugrunde. Bereits anläßlich des IKM 1994 [1] hatte der Verfasser Gelegenheit, zusammenfassend über Ergebnisse bei der Anwendung der mathematischen Optimierung im Bereich der nichtlinearen Tragwerksanalyse zu berichten. Der vorliegende Beitrag, soll einen Überblick über seitdem untersuchte Problemkreise und dabei gewonnene Ergebnisse und Erfahrungen vermitteln. Bei der Anwendung der linearen und quadratischen Optimierung sind wegen der geforderten Linearität der Nebenbedingungen Vereinfachungen bei der Modellbildung des stahlbetonspezifischen Tragverhaltens unumgänglich. Besonders betroffen sind die Ansätze zur Beschreibungen des Materialverhaltens. Durch den Einsatz allgemeiner nichtlinearer mathematischer Optimierungsmethoden lässt sich eine methodisch bedingte Linearisierung des Berechnungsmodells umgehen.... KW - Tragwerk KW - Stahlbeton KW - Tragverhalten KW - Nichtlineares Phänomen KW - Modellierung KW - Optimierung Y1 - 2003 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20111215-3717 ER - TY - CHAP A1 - Raue, Erich A1 - Heidolf, Thorsten T1 - Untersuchungen zum zeitabhängigem Tragverhalten von Verbundquerschnitten mit Hilfe der Laplace – Transformation N2 - Im Stahlbeton- und Spannbetonbau kommen in zunehmendem Maße Verbundkonstruktionen aus Betonfertigteilen und Ortbetonergänzungen zum Einsatz. Die Fertigteile werden je nach Spannweite, Belastung und speziellen Anforderungen mit schlaffer oder vorgespannter Be-wehrung ausgeführt. Aufgrund der im Allgemeinen unterschiedlichen Betone der einzelnen Querschnittsanteile sowie bedingt durch den zeitlichen Versatz in der Herstellung der Fertig-teile und der Ortbetonergänzungen ergeben sich Unterschiede im Langzeitverhalten, die bei der Bemessung und Nachweisführung zu berücksichtigen sind. Das Kriechen und Schwinden der Betone als Folge des zeitabhängigen Materialverhaltens und die Spezifik des Verbund-querschnitts können für die Gebrauchstauglichkeit relevant sein, insbesondere wenn die Fer-tigteile vorgespannt sind. Eine hinreichend wirklichkeitsnahe Beschreibung des Langzeitverhaltens von Beton gestattet die Theorie des elastisch-kriechenden Körpers, wobei sich im Allgemeinen keine geschlosse-ne Lösung für bewehrte Betonverbundquerschnitte angeben lässt. Eine Alternative hierzu ergibt sich, wenn für die einzelnen Kriechintervalle ein vereinfachter Ansatz für den Verlauf der Kriechfunktion entsprechend der Theorie des Alterns getroffen wird. Dabei werden die im Zeitintervall (tj-1,tj) umgelagerten Schnittgrößen als neue Belastung der einzelnen Querschnittsanteile im Zeitintervall (tj,tj+1) mit der Kriech-funktion f(tj+1,tj) berücksichtigt. Bei hinreichend kleinen Zeitschritten können die Nachteile der getroffenen Vereinfachung vernachlässigt werden. KW - Bauteil KW - Verbundbauweise KW - Tragverhalten KW - Zeitabhängigkeit KW - Laplace-Transformation Y1 - 2003 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20111215-3516 ER - TY - CHAP A1 - Raue, Erich A1 - Timmler, Hans-Georg A1 - Adami, Kay T1 - Physikalisch nichtlineare Untersuchung der Aussteifungssysteme von zu revitalisierenden Plattenbauten mittels mathematischer Optimierungsalgorithmen N2 - Im Zusammenhang mit der Revitalisierung von Plattenbauwerken kommt der Bewertung bzw. Neubewertung der vorhandenen Aussteifungssysteme große Bedeutung zu. Zur Aussteifung werden im allgemeinen raumbreite, raumhohe und meist unbewehrte Betonelemente verwendet, die lediglich konstruktiv miteinander verbunden sind. Im Rahmen der Untersuchung wird ein vorhandenes Berechnungsmodell zur physikalisch nichtlinearen Analyse von Aussteifungssystemen mehrgeschossiger Gebäude unter Horizontallast so erweitert, dass unbewehrte Horizontalfugen berücksichtigt werden können. Die Analyse der Aussteifungssysteme wird auf der Basis der Methode der mathematischen Optimierung realisiert, wobei die aussteifenden Wände als offene dünnwandige, schlanke Stäbe betrachtet werden, die über dehnstarre Deckenscheibe (Diaphragmen) gekoppelt sind. Im Beitrag wird gezeigt, dass sich bei Berücksichtigung des physikalisch nichtlinearen Tragverhaltens und der damit verbundenen Schnittgrößenumlagerungen Tragreserven erschließen lassen, die auf die Standsicherheit sowohl vorhandener als auch revitalisierter Gebäude angerechnet werden können. KW - Großtafelbau KW - Aussteifung KW - Optimierung KW - Algorithmus KW - Nichtlineares System KW - Revitalisierung Y1 - 2000 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20111215-5690 ER - TY - CHAP A1 - Raue, Erich A1 - Weitzmann, Rüdiger T1 - Konzepte zur numerischen Lösung von Grenzwiderstandsaufgaben unter Berücksichtigung des adaptiven Tragverhaltens von Stahlbetonkonstruktionen N2 - Berechnungsmethoden mit Berücksichtigung des physikalisch nichtlinearen Verhaltens von Stahlbetonkonstruktionen werden mit Einführung der europäischen und nationalen Normung verstärkten Einsatz in der Tragwerksplanung finden. Hierbei sind im Gegensatz zu linearen Berechnungen zeitliche Aspekte der Tragwerksbeanspruchung zu berücksichtigen. Ein Lösungsansatz zur Beherrschung von Lastfolgeeffekten kann auf der Grundlage der Theorie des adaptiven Tragwerkes abgeleitet werden. Unter Verwendung von Algorithmen der mathematischen Optimierung lassen sich derartige Probleme numerisch lösen. Von besonderem Interesse sind dabei spezielle Formulierungen zur Bestimmung von Grenzwiderständen, die zur Bemessung von Stahlbetontragwerken herangezogen werden können. Im Beitrag werden zwei Konzepte zur numerischen Bestimmung von adaptiven Grenzwiderständen auf der Basis der nichtlinearen Optimierung vorgestellt, diese sind: - Konzept des superponierten Restzustandes - Konzept der gekoppelten plastischen Antwort. Es wird von einem elastisch- plastischen Verhalten der untersuchten Struktur ausgegangen. KW - Tragwerk KW - Stahlbeton KW - Nichtlineare Mechanik KW - Grenzzustand KW - Numerisches Verfahren Y1 - 2000 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20111215-6164 ER -