TY - THES A1 - Weitzmann, Rüdiger T1 - Theory and application of optimization strategies for the design of seismically excited structures N2 - The study introduces into the theory and application of optimization strategies in earthquake engineering. The optimization algorithm substitutes the intuitive solution of practical problems done by the engineer in daily practice, providing automatic design tools and numerical means for further exploration of the design space for various extremum states. This requires a mathematical formulation of the design task, that is provided for typical seismic evaluations within this document. Utilizing the natural relation between design and optimization tasks, appropriate mechanical concepts are developed and discussed. The explanations start with an overview on the mechanical background for continua. Hereby the focus is placed on elasto-plastic structures. The given extremum formulations are treated with help of discretization methods in order to obtain optimization problems. These basics are utilized for derivation of programs for eigenvalue and stability analysis, that are applied in simplified linear analysis for the design of seismically excited structures. Another focus is set on the application in simplified nonlinear design, that uses limit state analyses on the basis of nonlinear problem formulations. Well known concepts as the response and pushover analysis are covered as well as alternative strategies on the basis of shakedown theory or cycle and deformation based evaluations. Furthermore, the study gives insight into the application of optimization problems in conjunction with nonlinear time history analyses. The solution of step-by-step procedures within optimization algorithms is shown and aspects of dynamic limit state analyses are discussed. For illustration of the great variety of optimization-based concepts in earthquake engineering, several specialized applications are presented, e.g. the generation of artificial ground motions and the determination of reduction coefficients for design spectrum reduction due to viscous and hysteretic damping. As well alternative strategies for the design of base isolated structures with controlled impact are presented. All presented applications are illustrated with help of various examples. N2 - Die vorliegende Arbeit führt in die Theorie und Anwendung von Optimiierungsverfahren im Erdbebeningenieurwesen ein. Die vorgestellten Optimierungsalgorithmen ersetzen die typische intuitive Lösung von praktischen Bemessungsaufgaben, mit Bereitstellung von automatischen Methoden und numerischen Mitteln für die Bewertung des Designraumes bezüglich extremer Zustände. Dies erfordert eine geeignete mathematische Formulierung der Bemessungsaufgaben, die für typische Anwendungsfälle bereitgestellt werden. Ausgehend von der engen Beziehung von Bemessungs- und Optimierungsaufgaben werden wesentliche theoretische Grundlagen für die Ableitung praxistauglicher Analysekonzepte entwickelt und diskutiert. Die Darstellung beginnt mit einem Überblick zum mechanischen Hintergrund. Der Schwerpunkt wird dabei auf die Analyse von elastisch-plastischen Tragwerken gelegt. Die vorgestellten Extremalformulierungen werden mit Methoden der Diskretisierung in Optimierungsprobleme umgeformt. Diese bilden die Grundlage für die Analyse von Eigenwert- und Stabilitätsproblemen im Erdbebeningenierwesen. Weiterhin werden vereinfachte lineare Bemessungsmethoden besprochen. Eine Erweiterung wird duch die Einbeziehung von nichlinearen Aspekten erzielt, die einen wesentlichen Teil der Arbeit ausmachen. Einerseits werden bekannte Konzepte auf der Basis von Antwortspektren und Pushoveranalysen einbezogen, andererseits werden auch alternative Strategien auf der Basis der Einspieltheorie oder zyklen- oder deformationsbasierten Analyse vorgestellt. Desweiteren werden Anwendungen von Optimierungsverfahren im Zusammenhang mit nichtlinearen Zeitverlaufsmethoden diskutiert. Die Lösung von Zeitverlaufsproblemen in Form von Optimierungsaufgaben wird vorgestellt und Aspekte der Grenzzustandsanalyse für dynamische Probleme behandelt. Die Vielfältigkeit von Optimierungsanwendungen im Erdbebeningenieurwesen wird anhand verschiedener Spezialanwendungen demonstriert wie z.B. die Generierung von künstlichen Erdbebenzeitverläufen und die Modifikation von Bemessungsspektren für die Analyse von nichtlinear beanspruchten Tragwerken mit viskoser und hysteretischer Dämpfung. Darüberhinaus wird eine alternative Methode für die Bemessung von basisisolierten Tragwerken unter Verwendung von kontrollierten Kollisionen vorgestellt. Alle Anwendungen werden in zahlreichen Beispielen näher erläutert. T2 - Theorie und Anwendung von Optimierungsstrategien für die Bemessung von seismisch beanspruchten Tragwerken T3 - Schriftenreihe des Instituts für Konstruktiven Ingenieurbau - 19 KW - Dynamik KW - Erdbeben KW - Bemessung KW - Optimierung KW - Dynamics KW - Earthquake KW - Design KW - Optimization Y1 - 2009 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20091030-14917 ER - TY - THES A1 - Heidolf, Thorsten T1 - Zeit- und beanspruchungsabhängiges Tragverhalten von polymermodifiziertem Beton unter mehrfach wiederholter Beanspruchung T1 - Time- and Strain-Dependent Behaviour of Polymer-Modified Concrete with Multifariously Repeated Load N2 - In der vorliegenden Arbeit werden die experimentellen Ergebnisse eigener Untersuchungen an unbewehrtem und bewehrtem polymermodifiziertem Beton unter mehrfach wiederholter Druck- und Zugbeanspruchung vorgestellt und mit den Ergebnissen ähnlicher Versuche an Normalbeton und hochfestem Beton verglichen. Besondere Aufmerksamkeit wird dabei dem Formänderungsverhalten, der Steifigkeitsdegradation und der Energiedissipation sowie dem Kriechverhalten und der Mitwirkung des Betons zwischen den Rissen gewidmet. Die beobachtete signifikante Steifigkeitsdegradation sowie der ausgeprägt nichtlineare Zusammenhang zwischen der viskosen Verformung und der elastischen Stauchung zeigen, dass bei der Analyse der Kriech¬aus¬wirkungen des polymermodifizierten Betons auf das Tragverhalten entsprechender Kon¬struktionen neben den Gebrauchslasten auch die während der Lastgeschichte aufgetretenen maximalen Beanspruchungssituationen sowie die damit verbundenen Strukturveränderungen zu berücksichtigen sind. Auf der Basis der Versuchsergebnisse und der visko-elastisch-plastischen Kontinuumsschädigungstheorie werden rheologische Modelle zur Beschreibung des zeit- und beanspruchungsabhängigen Tragverhaltens von Betonbauteile vorgeschlagen. Die numerische Umsetzung der vorgeschlagenen Modelle erfolgt unter Berücksichtigung des zeitabhängigen Materialverhaltens des Betons auf der Basis des HAMILTON-Prinzips unter Vernachlässigung der Trägheitskräfte. Durch eine zeitliche Diskretisierung kann die Problembeschreibung auf das Prinzip von LAGRANGE vom Minimum des Gesamtpotentials zurückgeführt und als nichtlineare Optimierungsaufgabe formuliert werden. Die Simulation des beanspruchungsabhängigen Tragverhaltens von Stahlbetonverbundquerschnitten verdeutlicht die Qualität und Leistungsfähigkeit der vorgeschlagenen Modellbildung. N2 - The experimental results of the investigations into polymer-modified concrete with multifariously repeated compression or tension load are introduced in the provided work and compared to similar experiments in normal- and high-strength concrete. Special attention is dedicated to the stress-strain relation, the degradation of stiffness and the dissipation of energy as well as the non-linear long-term behaviour and tension-stiffening. Stiffness degradation and non-linear creep of polymer-modified concrete show that maximum strain situations have to be taken into consideration of the behaviour analysis of concrete structures under long-term loading. Based on experimental results and the theory of visco-elastic-plastic continuum damage, rheological models are suggested for the description of the time- and damage-dependent behaviour of reinforced concrete. The numerical concept is based on the HAMILTON-principle. Using time discretisation, mechanical modelling simplifies and can be described as a LAGRANGE-principle concerning minimum of total potential energy. The problem is solved by non-linear optimisation. The efficiency of the suggested model was proven for reinforced concrete cross sections by numerical simulation. T3 - Schriftenreihe des Instituts für Konstruktiven Ingenieurbau - 10 KW - Kriechen KW - Kunstharzmodifizierter Zementbeton KW - Beton KW - Tragverhalten KW - Bruchverhalten KW - Experiment KW - Deformationsverhalten KW - Stoffgesetz KW - nichtlineare Optimierung KW - Simulation KW - Formänderungsenergie KW - Steifigkeitsdegradation KW - Creep KW - damage KW - tension-stiffening KW - dissipation of energy KW - non-linear optimisation Y1 - 2007 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20080102-11753 SN - 978-3-86068-331-2 ER - TY - THES A1 - Baumeyer, Fred T1 - Numerische Analyse von Verbundquerschnitten mit Methoden der mathematischen Optimierung T1 - Numerical analysis of compounded cross-sections with methods of mathematical optimisation N2 - Zur Tragwerksanalyse bzw. zu Tragfähigkeits- und Bemessungsaufgaben dienen Betrachtungen an ausgewählten Querschnitten der Tragelemente. Besonders interessieren Normalspannungs- und Dehnungsverteilungen sowie Grenzbeanspruchungsniveaus und Grenzkapazitäten am Querschnitt. Die statische Wirksamkeit von Verbundquerschnitten basiert auf Verbundwirkung zwischen Querschnittsanteilen unterschiedlicher Materialeigenschaften (z.B. Verbundbau) oder unterschiedlicher Zeitpunkte ihrer statischen Mitwirkung (z.B. nachträgliche Querschnittsergänzungen). Hierbei kommt es häufig zu Fehlinterpretationen des prinzipiellen Tragverhaltens. In der vorliegenden Arbeit werden numerische Berechnungsmodelle zur Querschnittsanalyse vorgestellt und das Tabellenkalkulationsprogramm MS EXCEL zur Lösung der iterativen Berechnungsalgorithmen genutzt. Betrachtet werden Querschnitte üblicher Konstruktionen des Massiv-, Stahl- und Verbundbaus (Baustahl-Beton) unter ein- oder zweiachsiger Biegebeanspruchung und Normalkraft. Zur annähernden Erfassung des realen Tragverhaltens zu ausgewählten Zeitpunkten sind nichtlineare Spannungs-Dehnungs-Beziehungen der Materialien, Vordeformationen von einzelnen Querschnittsanteilen, nachträgliche Ergänzungen zu neuen statisch wirksamen Verbundquerschnitten sowie Rissbildungsmodelle im Beton berücksichtigt. Die im Rahmen dieser Arbeit entstandene programmtechnische Umsetzung „VerbQ“ (auf Basis von MS EXCEL und MS VISUAL BASIC) wurde anhand von Beispielrechnungen vorgestellt und erläutert. N2 - Closer inspections on special cross-sections of structural elements conduce to describe the structural analysis or rather to find structural abilities and for designing tasks. The normal stress- and normal strain distribution is from exceptionally interest as well as the limit of stress- and limit capacity of the cross-sections. The static effectivity of compound structures is based on the compound effect of the cross-section-parts with different material properties (for example composite structures) or different moments of their static effectivity (for example later additions of cross-sections). The principal structural behaviour is often misinterpreted. Numerical calculation methods to analyse cross-sections are shown in the following paper. To calculate the problem iterative the spreadsheet programme MS EXCEL was used and is shown for uniaxial and biaxial bending as well as axial force on typical cross-sections of reinforced, steel, compound and pre-stressed constructions. For the approached description of realistic structural behaviour on selected moments are nonlinear stress-strain-relations of the cross-section materials, pre-deformations of several cross-section-parts, later additions of constructions to new static cross-sections and as well crack models of concrete are taken into considerations. In connection with this paper the program „VerbQ” was developed (based on MS EXCEL and MS VISUAL BASIC) and some elementary examples were demonstrated. KW - Stahlkonstruktion / Verbundbauweise KW - Verbundbauweise KW - Massivbau KW - Querschnittsanalyse KW - Optimierung KW - Nichtlineare Berechnung KW - Spannungs-Dehnungs-B KW - Verbundquerschnitte KW - nachträgliche Ergänzung KW - Aufbeton KW - Neubeton KW - Verstärkung KW - zweiachsige Biegung KW - Fasermodell KW - Schichtenmodell KW - cross-section Y1 - 2005 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20111215-5578 ER -