TY - THES A1 - Hanko, Johanne T1 - A decision-making tool for the selection of an appropriate integrated MSW management system for tropical Asian cities; the case of Bangkok N2 - Einführung Tropische asiatische Entwicklungs- und Schwellenländer zeigten rasches städtisches Wachstum dadurch, dass Bauern einwanderten, um ein besseres Leben in der Stadt zu suchen. Dadurch ergab sich in vielen Städten ein Mangel an geeigneter Infrastruktur und an sozialen Diensten. Die städtische Müllversorgung bildet keine Ausnahme; sie wird sogar oft an das Ende der Prio-ritätenliste für städtische Aufgabenpläne gestellt, da dabei zuerst die Gesetze und Verordnun-gen formuliert und umgesetzt werden müssen. Das Problem des nicht entsorgten städtischen Mülls führt (mit Sicherheit) zu Luftverschmutzung, Krankheit und zur Verseuchung des Bo-dens und des Wassers. Diese Probleme stehen in tropischen Klimaten im Zusammenhang mit hoher Temperatur und Feuchtigkeit, mit heftigem Regen und mit häufigen Überschwemmun-gen. Stehendes Wasser und Ausschwemmung aus dem Abfall werden sehr schnell zu Brutstät-ten von Insekten, Nagern und Bakterien, und damit zu einer Gesundheitsgefahr für Arbeiter und die allgemeine Bevölkerung. Darüber hinaus kann Wasser- und Grundwasserverschmut-zung/Kontamination zu einer ernsten Umweltzerstörung führen, mit direkten Auswirkungen auf die Wasserressourcen, und auf raschen Qualitätsverlust der pflanzlichen Erzeugnisse, des Rückgrates der meisten tropischen asiatischen Länder. Müllentsorgung und die Verantwortlichkeiten Lokale Regierungen müssen die öffentliche Gesundheit ihrer lokalen Bevölkerung sicherstellen und sind deshalb für die Müllentsorgung verantwortlich. Asiatische tropische Klimate sich rasch ändernde Müllzusammensetzung machen die Müllbehandlung und –entsorgung zu einer dauernden Herausforderung der Entscheidungsträger. Vor einer Entscheidung über das ver-wendete Entsorgungssystem muss eine geeignete Abfall-Charakterisierung treten. Diese Cha-rakterisierung liefert Kenntnisse über die Abfallmenge, die Feuchte, den Heizwert und die Menge der verschiedenen Komponenten im Abfallstrom, wie z. B.: organisches Material, Plas-tik, Papier, Karton, Holz, Textilien, Gummi, Leder, Glas, Metalle, Nichtmetalle, Steine und Keramiken. Darüber hinaus ist die Herausforderung, der sich asiatische Länder gegenüber se-hen, ein Mangel an Raum und damit wird die Platzierung eine Deponie zunehmend schwierig. Die Abfallwirtschaft ist eine kostenintensive, aber trotzdem notwendige Maßnahme, um das Wohlergehen sowohl der Bevölkerung als auch für die Umwelt sicher zu stellen. Es wird ge-schätzt, dass Asien im Jahr 2025 etwa 47 Milliarden US$ aufwenden muss, um 0,5 bis 1 Kg städtischen Müll je Person und Tag abzufahren und zu behandeln, oder 5 US$ je Kopf und Jahr. In Entwicklungsländern sind unzählige Leute nicht in der Lage, diese hohen Preise für die Ab-fallentsorgung zu zahlen. Deshalb liegt es in der Verantwortung der Regierung, die Abfallent-sorgung zu betreiben und zu finanzieren, um die Bevölkerung, die Gemeinde und die Umwelt zu schützen. Tropische asiatische Städte müssen jetzt bezahlbare und nachhaltige Verfahren für die Entsorgung ihrer zunehmenden Menge täglichen Abfalls benennen, wobei gleichzeitig auf minimale Umweltbelastung, auf soziale Akzeptanz und auf minimale Landverbrauch zu achten ist. Eine leicht anwendbare Entscheidungshilfe zur Wahl des geeignetesten Abfallbehandlungs-system der Gemeinde wäre deshalb sehr nützlich. Proposition Der Zweck dieser Dissertation war die Entwicklung eines nutzerfreundlichen Instrumentariums für das Verwaltungs- und Regierungspersonal in tropischen Entwicklungs- und Schwellenlän-der. 1. Diese Vorgehensweise basiert auf einem Netzwerk, das eine Liste ausgewählter entschei-dungsrelevanter Tatsachen in Betracht zieht, die nötig sind, um eine informierte Entschei-dung machen zu können. Das entscheidungshelfende Verfahren muss von Entscheidungs-trägern bei einer vorläufigen Feststellung des Abfallentsorgungs- und -behandlungssystems für ihre Gemeinde benutzt werden. 2. Tropische asiatische Städte müssen eine Reihe von Faktoren berücksichtigen, wenn sie über ihren Abfallwirtschaftsplan entscheiden. Dazu gehören die immerwechselnde Menge und Zusammensetzung des Abfalls infolge der zunehmenden Bevölkerungszahl und des Ein-kommens je Kopf, der hohe Feuchtigkeitsgrad, Verbrennungswärme-Werte und die oft be-grenzten finanziellen Möglichkeiten. 3. Ferner sind gesetzliche, politische, verwaltungstechnische, soziale, finanzielle, ökonomi-sche und technische Faktoren bestimmend. 4. Die Verwaltung muss dabei die Wichtigkeit jedes Teilschrittes der Abfallwirtschaft im Au-ge behalten, also Abfallerzeugung, Sammlung, Transport, Abfallcharakterisierung, Entsor-gung und Behandlung. 5. Die Rolle der lokalen Gemeinden in der Entscheidungsfindung ist nicht hoch genug einzu-schätzen; deshalb müssen Mitglieder der Gemeinde aktiv am Schutz der Umwelt und an der Verhinderung ihrer Zerstörung mitwirken. Mehrere Entscheidungshilfsverfahren für ver-schiedene Anwendungen wurden entwickelt. Jedoch zieht die Mehrzahl von ihnen nicht notwendigerweise eine öffentliche Teilnahme in Betracht, und sie sind auch nicht benutzer-freundlich. 6. Um die Komplexität der Probleme besser zu verstehen, die bei tropischen asiatischen Städ-ten auftreten, wurde die Innenstadt von Bangkok, Thailands größte Stadt und Hauptstadt, als repräsentativer Fall ausgewählt, für die Entsorgung der 9000 t Müll der täglich produ-ziert wird. Thailands Klima ist, besonders während der jährlichen Monsunzeit, heiß und feucht mit einer mittleren Temperatur von 28,4°C und einer Feuchtigkeit zwischen 70 und 100%. Die Gesetze und Verordnungen zeigen sehr deutlich an, wie wichtig die Behandlung des städtischen Abfalls genommen wird. Zahlreiche Interviews, verbunden mit der Durch-sicht von Dokumenten, Berichten und Ortsbesichtigungen ergaben Kenntnisse der zahlrei-chen Entscheidungsmaßnahmen, denen sich die städtischen Entscheidungsträger einer tro-pischen Stadt gegenüber sehen. Die Durchsicht und die Analyse der Entscheidungsmaß-nahmen in Bangkoks Abfallentsorgungsstrategien zeigten, wie das Entscheiden als Werk-zeug in verschiedenen asiatischen tropischen Städten benutzt werden kann. 7. Ein Entscheidungsrahmen wurde erstellt auf der Grundlage von Literatur-Recherchen und persönliche Erfahrungen, und anhand der in der Stadt Bangkok gesammelte Daten über-prüft. Die Entscheidungspunkte im Netzwerk umfassen eine allgemeine Beschreibung der Stadt, ihre klimatischen und hydrogeologischen Bedingungen, die Menge und Art des er-zeugten Mülls, einen Überblick über die bestehenden Anlagen und die existierenden Pro-gramme, öffentliche Aufmerksamkeit zu gewinnen, den sozioökonomischen Aspekt eines Abfallbehandlungssystems und die öffentliche Teilnahme. Es berücksichtigt ferner Ge-sundheits- und Sicherheitsüberlegungen im Zusammenhang mit Abfallentsorgungsmög-lichkeiten und ihrer Kosten. 8. Das Entscheidungsinstrumentarium hat als Ziel, ein geeignetes Abfallbehandlungssystem zu ermöglichen, das als Grundlage soziale, klimatische und technische Informationen be-nutzt. Ihre Einfachheit erlaubt einem Verwaltungspersonal, das wenig Erfahrung mit Ab-fallwirtschaft und Computerwissen besitzt, verschiedene Optionen zu analysieren und Sze-narien auszutesten. Des weiteren werden verschiedene Möglichkeiten überprüft, und es wird versucht, die Optionen in die Abfallwirtschaft zu integrieren. 9. Das Instrumentarium beinhaltet über ein Hundert geschlossene Fragen, die auf das Analy-sieren der Bedürfnisse und der gegenwärtigen Situation der Abfallwirtschaft einer be-stimmten Gesellschaft ausgerichtet sind und die es ermöglichen, ein geeignetes Abfallwirt-schaftssystem für die entsprechende Gesellschaft zu wählen. Diese Fragen hatten als Grundlage die Rahmen und Eckpunkte des Entscheidungsinstrumentariums. Dieses Instru-mentarium ist selbsterklärend, und gleichzeitig bietet es Flexibilität bei der Entscheidung, um wie viel Prozent des Abfalls wieder verwertet wird, kompostiert oder behandelt durch irgend eine von den sechs Behandlungsoptionen; Kompostierung, Vergärung, nicht-Verbrennungssysteme, Verbrennung, Deponierung und Energiegewinnung. 10. Die Ziele eines integrierten Abfallwirtschaftssystems können vom Benutzer geändert und modifiziert werden. Dies ermöglicht die Überprüfung verschiedener Szenarien und die Auswahl des geeignetesten Abfallbehandlungssystems. Das System kann sehr einfach sein und nur ein Behandlungssystem beinhalten oder mit einer Auswahl mehrere Behandlungs-systeme sehr kompliziert sein. In einigen Ländern ist es Vorschrift mehrere Systeme anzu-wenden. Integrierte Abfallwirtschaftssysteme, die mindestens zwei oder drei Abfallbe-handlungssysteme beinhalten, sind deshalb gefragt. 11. Die Ziele der Gesellschaft sind ausschlaggebend und sind die Schlüsselfaktoren für den Entscheidungsprozess. Die Menge der wiederverwertbaren Materialien, die Brauchbarkeit des Komposts, die Interesse an Vergärung, die Möglichkeit einer Verbrennungsanlage, das Verstehen eines nicht-Verbrennungssystems und die Verfügbarkeit von Land für Deponien, die Notwendigkeit für Elektrizität sind einige Schlüsselfaktoren die überlegt werden müs-sen. Integrierte Abfallwirtschaft ist wahrscheinlich die vernünftigste Vorgehensweise. Dies ermöglicht Flexibilität bei Abfallwirtschaftstechniken und ergänzt sie gegenseitig. 12. Öffentliche Verwaltungen können DMT als eine erste Bewertung der geeignetesten Tech-nologie benutzen. Des weiteren gibt DMT dem Verwaltungspersonal Flexibilität in ihrer Wahl bezüglich der Menge an wiederverwertbarem Abfall unter der Anwendung verschie-denen Technologien, welches eine gut konstruiertes und gut integriertes Abfallbehand-lungssystem für die Gesellschaft darstellt. Fazit Das Fazit ist: die Abfallwirtschaft in einem tropischen Schwellenland ist mit bestimmten Her-ausforderungen verbunden, die behandelt werden müssen. Ökonomische, technische und sozi-ale Kriterien müssen in Betracht gezogen werden bei der Wahl geeigneter städtischer Abfall-wirtschaftsysteme. Begrenzte finanzielle Möglichkeiten, Mangel an öffentlichem Bewusstsein und ein schwaches Wirtschaftssystem sind manchmal verantwortlich für die Wahl eines schlechtes Abfallbehandlungssystems, mit kurzsichtigen und über die Jahren teuren Entschei-dungen statt langfristigen und vernünftigeren Entscheidungen. Wetterbedingungen und die Knappheit an Land in Stadtnähe sind besondere Herausforderungen. Das Entscheidungsinstru-mentarium DMT macht die Identifizierung von Schlüsselfragen nötig für die Formulierung eines nachhaltigen Abfallwirtschaftskonzepts und für die Wahl eines technisch-, ökonomisch- und sozial-akzeptierbaren Abfallwirtschaftssystems, das besonders geeignet ist für tropische Klimate. Die Ergebnisse der DMT-Daten-Analyse bietet eine faire Auswertung für ein adäquates integ-riertes Abfallbehandlungssystems. Wenn einmal ein System identifiziert wurde, werden weitere Studien bezüglich Umsetzbarkeit und Anwendbarkeit nötig sein. Jedoch wird die Notwendig-keit, ausführliche Studien am multiplen Szenarien durchzuführen, minimiert, was erhebliche Ersparnisse für die Stadtverwaltung bedeutet. Eine Feasibility-Study und ein Masterplan haben zu folgen, um die standortspezifischen und Finanzierungsfragen zu klären sowie die Auswahl der spezifischen Anlagentechnik zu definieren. N2 - Abstract Developing and emerging tropical Asian countries have encountered fast urban development due to the migration of farmers seeking a better life in the city. This resulted in a lack of appro-priate infrastructure and inappropriate social services in many cities. Municipal solid waste management is no exception and is in fact often placed at the bottom of the list of priorities for the cities’ appropriate urban management plans since laws and regulations must first be for-mulated and implemented. The problem of unmanaged municipal solid waste certainly leads to air pollution, disease, and to soil and water contamination. These problems in tropical climates are compounded with high temperature, high-level humidity, heavy rainfall and frequent flooding. Stagnant water and leachate from waste quickly become the breeding grounds of in-sects, rodents and bacteria, thus creating a health hazard for workers and local populations. Moreover, water and groundwater contamination may lead to serious environmental degrada-tion with direct impacts on water supplies, and in the fast degradation of agricultural products, the backbone of most tropical Asian countries. Many cities still allow or tolerate dumping of waste in uncontrolled sites, and open burning that disperses particulates that most likely contain dioxins and furans. Even with increasingly scarce land availability within or in proximity of the cities, sanitary landfill is still the most often cho-sen disposal method around Asia because of its lower cost when compared to modern treatment systems. Yet, most of these landfill sites do not have proper lining, daily covering, methane recovery devices, leachate control systems, nor do they have long-term closure and monitoring plans, which implies short and long-term hazards. Some municipalities opted for incineration, which usually entails high operation and maintenance costs because of the need for supple-mental fuel and often-inappropriate running conditions. Although tropical conditions appear to favor certain disposal systems such as composting, appropriate technology needs to be identi-fied in order to reduce operation and maintenance costs while ensuring good quality outputs; compost plants have often been closed because of poor quality products due to the high content of plastic and glass particulates in the finished product. Tropical Asian cities are now required to identify affordable and sustainable solutions for the management of their increasing amount of waste generated daily, while ensuring minimal environmental impact, social acceptance and minimal land use. The purpose of this dissertation was to develop a user-friendly decision-making tool for public administrators and government officials in tropical Asian developing and emerging cities. This tool was developed based on a list of selected decision-making issues necessary in making an informed decision. The decision-making tool is to be used by decision-makers in making a pre-liminary assessment of a most appropriate waste management and treatment system for their municipality. Tropical Asian cities must consider a number of issues when deciding on their waste management plan such as the continuously changing quantum and composition of waste associated with the increasing population and income per capita, the high humidity levels, and the often-limited financial resources. Other determinant factors include legal, political, institu-tional, social and technical issues. Furthermore, administrators must realize the importance of each stage involved in waste management, which includes waste generation, collection, trans-port, waste characteristics, disposal and treatment. To better understand the complexity of the issues involved in tropical Asian municipalities, the city of Bangkok, Thailand’s largest city and capital, was selected as a case study for the management of its 9,000 tonnes of waste gen-erated daily. Numerous interviews, meetings along with the review of documents, reports and site visits offered an inside view of the tropical city’s various decision-making issues towards its waste management plan, and examine specific problems encountered by the city’s decision-makers. The review and analysis of the decision-making issues involved in Bangkok’s waste management plan showed how the decision-making tool can be used in various Asian tropical cities. In conclusion, waste management in an emerging tropical country involves specific challenges that need to be addressed. Economical, technical and social criteria need to be fully understood as to capacitate government officials in the selection of the most appropriate urban waste man-agement system. Limited budgets, lack of public awareness and poor systems’ management often cloud decision-makers in choosing what appears to be the best solution in the short term, but more costly over the years. Weather conditions and scarcity of land in proximity of the city make waste management especially challenging. The decision-making framework offers a tool to decision-makers, as to facilitate the understanding and identification of key issues necessary in the formulation of a sustainable urban waste management plan and in the selection of a tech-nically, economically and socially acceptable integrated MSW management system. A detailed feasibility study and master plan will follow the preliminary study as to define the plant´s specifications, its location and its financing. T2 - Werkzeuge zur Entscheidungsfindung für die Auswahl angepasster integrierter Abfallwirtschaftssysteme für tropische Städte Asiens, am Beispiel von Bangkok KW - Abfall KW - Abfallwirtschaftsplan KW - Entwicklungsländer KW - Klimaschutz KW - Computermodul KW - Waste KW - Waste management concept KW - Developing countries KW - Computer model KW - Environment Y1 - 2007 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20071213-10034 ER - TY - THES A1 - Nour, Mohamed T1 - A Flexible Model for Incorporating Construction Product Data into Building Information Models N2 - When considering the integration and interoperability between AEC-FM software applications and construction products' data, it is essential to investigate the state-of-the-art and conduct an extensive review in the literature of both Building Information Models and electronic product catalogues. It was found that there are many reasons and key-barriers that hinder the developed solutions from being implemented. Among the reasons that are attributed to the failure of many previous research projects to achieve this integration aim are the proprietary developments of CAD vendors, the fragmented nature of construction product data i.e. commercial and technical data, the prefabrication versus on-site production, marketing strategies and brand-naming, the referencing of a product to the data of its constituents, availability of life-cycle data in a single point in time where it is needed all over the whole life-cycle of the product itself, taxonomy problems, the inability to extract search parameters from the building information model to participate in the conduction of parametric searches. Finally and most important is keeping the product data in the building information model consistent and up-to-date. Hence, it was found that there is a great potential for construction product data to be integrated to building information models by electronic means in a dynamic and extensible manner that prevents the model from getting obsolete. The study has managed to establish a solution concept that links continually updated and extensible life-cycle product data to a software independent building information model (IFC) all over the life span of the product itself. As a result, the solution concept has managed to reach a reliable building information model that is capable of overcoming the majority of the above mentioned barriers. In the meantime, the solution is capable of referencing, retrieving, updating, and merging product data at any point in time. A distributed network application that represents all the involved parties in the construction product value chain is simulated by real software tools to demonstrate the proof of concept of this research work. N2 - Die vorliegende Dissertation stellt ein flexibles und dynamisches Gebäudeinformationsmodell vor, mit dem die Produktinformationen der Bauteile erfragt und aktualisiert werden können. Dazu werden Beziehungen zwischen den Bauteilen im Gebäudeinformationsmodell und den Produktinformationen der Hersteller und Lieferanten definiert. Die Produktinformationen können über eindeutige Produktnamen und über verallgemeinerte Produktparameter identifiziert werden. Der Stand der Technik bei den digitalen Bauteilkatalogen besteht überwiegend in einer Beschreibung der Produkte in Dokumenten im HTML- oder PDF-Format. Diese Dokumente können mit Hilfe von Schlüsselwörtern durchsucht werden. Hierbei besteht das Problem, dass die Produktinformationen nicht dauerhaft den Objekten im Gebäudeinformationsmodell zuzuordnen sind. Demzufolge kann verfügbare CAD-Software die verwendeten Produkte der Bauteile nicht vollständig beschreiben. Da viele Prozesse aktuelle Informationen der Bauteilprodukte benötigen, ist eine Erweiterung vorhandener Gebäudeinformationsmodelle um diesen Aspekt erforderlich. Obwohl dies Gegenstand zahlreicher proprietärer Entwicklungen ist, ist der Austausch von Daten infolge fehlender Standardisierung nicht ohne Informationsverluste möglich. Diesem Thema widmen sich derzeit unabhängige Forschungsprojekte, in denen neue Taxonomien und Ontologien für die Beschreibung der Semantik von Bauteildaten auf Basis von XML entwickelt werden. Diese Lösungsansätze haben den Nachteil, dass die Produktinformationen der Hersteller und Lieferanten notwendigerweise in einer gemeinsamen Datenbasis gespeichert werden müssen. Die Untersuchung des Lebenszyklus von Bauwerken im Hinblick auf die Wertschöpfungskette und die Beschaffungskette ergab, dass die Informationen sowohl der Bauteile als auch der Produkte über die gesamte Lebensdauer des Bauwerks verfügbar sein müssen. Aus kaufmännischer Sicht besteht das Problem, dass die Produkte eines Herstellers unter verschiedenen Markennamen angeboten und verkauft werden. Untersuchungen haben gezeigt, dass der Markenname ein wesentlicher Faktor einer Marktstrategie ist. Auch die Zwischenhändler spielen hierbei eine wichtige Rolle – selbst dann, wenn die Geschäfte über das Internet abgewickelt werden. Bauteile haben die Besonderheit, dass sie teilweise oder ganz auf der Baustelle hergestellt werden. Dies muss bei der Konzeption eines Informationssystems, das sich mit der Wertschöpfungskette von Bauwerken befasst, beachtet werden. Eine Erkenntnis der vorliegenden Arbeit ist, dass eine parametrisierte Produktsuche nur möglich ist, wenn die Produkte eindeutige Namen und standardisierte Parameter besitzen. Dieser Lösungsansatz könnte die derzeitige Arbeitsweise in der Praxis ändern. Für die prototypische Umsetzung im Rahmen der Dissertation hat sich eine Abstützung auf das verfügbare IFC-Modell als besonders geeignet erwiesen, da dieses Modell nicht-proprietär, fachübergreifend sowie durch Eigenschaften erweiterbar ist. Der Kerngedanke des vorgestellten Lösungskonzepts besteht in der Entwicklung des OIP-Konzepts (Object Information Pack), welches eine dauerhafte und dynamische Datenquelle für Gebäudeinformationsmodelle behandelt. Die OIP ist nicht nur ein eindeutiger Produktname, sondern eine ganze Datenstruktur für Produktinformationen im Bauwesen. Die OIP besteht aus einer dreischichtigen Hierarchie, welche sich sowohl in der Struktur der Datenbasis als auch in der Struktur der Klassen widerspiegelt. Diese Struktur wird über eine Gruppe von Relationen vom OIP-Kern verwaltet. Das Format der OIP-Namen sowie die Verteilung der Daten zwischen den Beteiligten (produktunabhängige technische Daten und produktabhängige Daten der Lieferanten) sind die wesentlichen Neuerungen gegenüber den bekannten Ansätzen mit einer zentralen Datenbasis. Das in dieser Arbeit vorgestellte Lösungskonzept basiert auf einer eingehenden Betrachtung und Analyse der Beschaffungskette von Bauwerken unter Beachtung der Besonderheiten des Bauwesens. Es hat sich herausgestellt, dass das OIP-Konzept allein nicht ausreicht, um eine Brücke zwischen den Daten der Hersteller und Händler auf der einen und dem Kunden auf der anderen Seite zu schlagen. Darüber hinaus wurde eine integrierte Softwarelösung für die Umsetzung des Konzepts benötigt, die zum Zeitpunkt des Entstehens dieser Dissertation nicht verfügbar war. Daher hat der Autor Werkzeuge mit folgender Funktionalität entwickelt: Parsen von STEP-ISO-10303-P21-Dateien Interpretation der geparsten Daten in IFC2x-Java-Klassen Abbildung und Integration von Produktdaten in das IFC-Modell Instanziierung, Löschen und Änderung von Objekten Definition von Suchparametern durch den Anwender Extraktion von Suchparametern aus dem CAD/IFC-Model Durchführen von parametrisierten Suchen Bereitstellung verschiedener Arten der Visualisierung des IFC Modells Export des modifizierten IFC-Modells in Form einer STEP-P21-Datei Mit diesen Werkzeugen konnte das Konzept der Arbeit verifiziert werden. Aufgrund ihres flexiblen Entwurfs können diese Werkzeuge darüber hinaus auch bei anderen Problemstellungen im Zusammenhang mit dem IFC-Modell verwendet werden. Es handelt sich nämlich um einfache Werkzeuge, die eine Integration des IFC-Modells in andere Applikationen ermöglichen. Die Einführung des Konzepts in die Praxis erfordert die Verwaltung durch eine eigene Organisation. Die Rolle dieser OIP-Organisation und das Internetportal der Hersteller wurden ebenfalls innerhalb einer verteilten Applikation simuliert. Zur übersichtlichen Darstellung der Ergebnisse und zum Nachweis der Anwendbarkeit des Konzeptes wurden alle Werkzeuge mit einer graphischen Nutzeroberflächen ausgestattet. Schließlich möchte der Autor betonen, dass eine Übernahme eines solchen „Business Process Re-engeneering“ (BPR) Konzeptes in die industrielle Praxis nicht frei von Barrieren und Problemen ist. Aus der Literatur über Firmenkultur und Psychologie ist bekannt, dass Nutzer oft ablehnend auf die Einführung neuer Systeme reagieren, wenn diese die gewohnte Arbeitsweise in Frage stellen. Hierbei spielt es keine Rolle, ob das resultierende Ergebnis auf lange Sicht zu einer Optimierung und Reduzierung des Aufwands führt. Ein Wechsel der derzeitigen Praxis könnte jedoch erreicht werden, wenn einige innovative Unternehmen ihren Anwendern die Gelegenheit gäben, sich von den Vorteilen der neuen Arbeitsweise zu überzeugen. KW - Produktinformation KW - Bauteil KW - Informationsmodell KW - Construction Product data KW - IFC KW - BIM KW - Building Information Model Y1 - 2006 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20060317-7781 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 - TY - THES A1 - Luther, Torsten T1 - Adaptation of atomistic and continuum methods for multiscale simulation of quasi-brittle intergranular damage N2 - The numerical simulation of damage using phenomenological models on the macroscale was state of the art for many decades. However, such models are not able to capture the complex nature of damage, which simultaneously proceeds on multiple length scales. Furthermore, these phenomenological models usually contain damage parameters, which are physically not interpretable. Consequently, a reasonable experimental determination of these parameters is often impossible. In the last twenty years, the ongoing advance in computational capacities provided new opportunities for more and more detailed studies of the microstructural damage behavior. Today, multiphase models with several million degrees of freedom enable for the numerical simulation of micro-damage phenomena in naturally heterogeneous materials. Therewith, the application of multiscale concepts for the numerical investigation of the complex nature of damage can be realized. The presented thesis contributes to a hierarchical multiscale strategy for the simulation of brittle intergranular damage in polycrystalline materials, for example aluminum. The numerical investigation of physical damage phenomena on an atomistic microscale and the integration of these physically based information into damage models on the continuum meso- and macroscale is intended. Therefore, numerical methods for the damage analysis on the micro- and mesoscale including the scale transfer are presented and the transition to the macroscale is discussed. The investigation of brittle intergranular damage on the microscale is realized by the application of the nonlocal Quasicontinuum method, which fully describes the material behavior by atomistic potential functions, but reduces the number of atomic degrees of freedom by introducing kinematic couplings. Since this promising method is applied only by a limited group of researchers for special problems, necessary improvements have been realized in an own parallelized implementation of the 3D nonlocal Quasicontinuum method. The aim of this implementation was to develop and combine robust and efficient algorithms for a general use of the Quasicontinuum method, and therewith to allow for the atomistic damage analysis in arbitrary grain boundary configurations. The implementation is applied in analyses of brittle intergranular damage in ideal and nonideal grain boundary models of FCC aluminum, considering arbitrary misorientations. From the microscale simulations traction separation laws are derived, which describe grain boundary decohesion on the mesoscale. Traction separation laws are part of cohesive zone models to simulate the brittle interface decohesion in heterogeneous polycrystal structures. 2D and 3D mesoscale models are presented, which are able to reproduce crack initiation and propagation along cohesive interfaces in polycrystals. An improved Voronoi algorithm is developed in 2D to generate polycrystal material structures based on arbitrary distribution functions of grain size. The new model is more flexible in representing realistic grain size distributions. Further improvements of the 2D model are realized by the implementation and application of an orthotropic material model with Hill plasticity criterion to grains. The 2D and 3D polycrystal models are applied to analyze crack initiation and propagation in statically loaded samples of aluminum on the mesoscale without the necessity of initial damage definition. N2 - Strukturmechanische Ermüdungs- und Lebensdaueranalysen basieren meist auf der Anwendung phänomenologischer Modelle der Schädigungs- und Bruchmechanik zur numerischen Simulationen des makroskopischen Schädigungsverhaltens. Ausgehend von einer definierten Anfangsschädigung sind diese Modelle nicht in der Lage, die tatsächlichen Vorgänge der Rissinitiierung und unterschiedlichen Rissausbreitung zu erfassen. Eine physikalische Interpretation der phänomenologisch eingeführten Schädigungsparameter ist oftmals nicht möglich und deren experimentelle Bestimmung schwierig. Die Berücksichtigung des mikrostrukturellen Aufbaus von Materialien in numerischen Modellen der Schädigungs- und Bruchmechanik bietet neue Möglichkeiten, die für die Rissinitiierung und Rissausbreitung ursächlichen physikalischen Phänomene abzubilden. Zunehmende Erkenntnisse über gleichzeitig auftretende Mikro- und Makroschädigungsvorgänge resultieren in verbesserten numerischen Modellen, mit denen aufwändige und kostenintensive Experimente in der Materialentwicklung zum Teil ersetzt werden können. In Kenntnis einer Vielfalt von unterschiedlichen Schädigungsphänomenen in technischen Materialien fokussiert die vorliegende Dissertation auf die Entwicklung und Verbesserung numerischer Methoden der Atomistik und der Kontinuumsmechanik zur Mehrskalenuntersuchung quasi-spröder Korngrenzenschädigung in polykristallinen Werkstoffen, z.B. Aluminium. Die kombinierte Anwendung dieser Methoden ist Teil eines hierarchischen Mehrskalenansatzes zur Integration des physikalisch beschriebenen Materialverhaltens der Atomistik in ein ingenieurmäßiges Kontinuumsschädigungsmodell. Ziel der Dissertation ist die Entwicklung einer Methodik, die es erlaubt, den Verlust atomarer Bindungen als physikalische Ursache spröder Schädigung zu simulieren und Ergebnisse aus diesen atomistischen Mikroskalen-Simulationen zur Parametrisierung von kohäsiven Materialmodellen der Kontinuumsmechanik zu nutzen. Diese beschreiben den intergranularen Sprödbruch in heterogenen Polykristallmodellen der Mesoskala. Der Einfluss der Heterogenität wird in nichtlinearen Finite-Elemente-Simulationen durch explizite Abbildung der Kornstruktur im mesoskopischen Polykristallmodell berücksichtigt. Durch den Einsatz des kohäsiven Interface-Gesetzes erlaubt das auf der Mesoskala angewandte Kontinuumsmodell die Simulation spröder Korngrenzenschädigung in statisch belasteten 2D und 3D Modellen ohne die Notwendigkeit der Definition einer Anfangsschädigung, wie dies in klassischen Modellen der linear-elastischen Bruchmechanik notwendig ist. Zur effizienten Realisierung der atomistischen Mikroskalen-Simulationen wird eine Implementation der nichtlokalen 3D Quasikontinuumsmethode angewandt. Diese Methode basiert auf einem atomistischen Ansatz und beschreibt das Materialverhalten auf Grundlage atomarer Bindungskräfte. In Modellgebieten mit gleichmäßigem Verformungsfeld werden kinematische Kopplungen atomarer Freiheitsgrade eingeführt, sodass sich die Zahl unabhängiger Freiheitsgrade stark reduziert. Deren effizienter Einsatz erlaubt Simulationen an größeren Modellen ohne Kopplung mit kontinuumsmechanischen Methoden. Eine verbesserte Vernetzung, ein robuster Optimierungsalgorithmus und die vorgenommene Parallelisierung machen die implementierte nichtlokale 3D Quasikontinuumsmethode zu einem effizienten Werkzeug für die robuste Simulation von physikalischen Schädigungsphänomenen in beliebigen atomistischen Konfigurationen. In quasistatischen Simulationen wird eine deutliche Beschleunigung gegenüber der Methode der Gitterstatik bei vergleichbarer Qualität der Ergebnisse erreicht. T2 - Weiterentwicklung numerischer Methoden der Atomistik und Kontinuumsmechanik zur Multiskalen-Simulation quasi-spröder intergranularer Schädigung T3 - ISM-Bericht // Institut für Strukturmechanik, Bauhaus-Universität Weimar - 2010,2 KW - Mechanik KW - Computersimulation KW - Mikro-Scale KW - Meso-Scale KW - Polykristall KW - intergranular damage KW - atomistic simulation methods KW - continuum mechanics KW - quasicontinuum method KW - scale transition Y1 - 2010 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20101101-15245 ER - TY - THES A1 - Eckardt, Stefan T1 - Adaptive heterogeneous multiscale models for the nonlinear simulation of concrete N2 - The nonlinear behavior of concrete can be attributed to the propagation of microcracks within the heterogeneous internal material structure. In this thesis, a mesoscale model is developed which allows for the explicit simulation of these microcracks. Consequently, the actual physical phenomena causing the complex nonlinear macroscopic behavior of concrete can be represented using rather simple material formulations. On the mesoscale, the numerical model explicitly resolves the components of the internal material structure. For concrete, a three-phase model consisting of aggregates, mortar matrix and interfacial transition zone is proposed. Based on prescribed grading curves, an efficient algorithm for the generation of three-dimensional aggregate distributions using ellipsoids is presented. In the numerical model, tensile failure of the mortar matrix is described using a continuum damage approach. In order to reduce spurious mesh sensitivities, introduced by the softening behavior of the matrix material, nonlocal integral-type material formulations are applied. The propagation of cracks at the interface between aggregates and mortar matrix is represented in a discrete way using a cohesive crack approach. The iterative solution procedure is stabilized using a new path following constraint within the framework of load-displacement-constraint methods which allows for an efficient representation of snap-back phenomena. In several examples, the influence of the randomly generated heterogeneous material structure on the stochastic scatter of the results is analyzed. Furthermore, the ability of mesoscale models to represent size effects is investigated. Mesoscale simulations require the discretization of the internal material structure. Compared to simulations on the macroscale, the numerical effort and the memory demand increases dramatically. Due to the complexity of the numerical model, mesoscale simulations are, in general, limited to small specimens. In this thesis, an adaptive heterogeneous multiscale approach is presented which allows for the incorporation of mesoscale models within nonlinear simulations of concrete structures. In heterogeneous multiscale models, only critical regions, i.e. regions in which damage develops, are resolved on the mesoscale, whereas undamaged or sparsely damage regions are modeled on the macroscale. A crucial point in simulations with heterogeneous multiscale models is the coupling of sub-domains discretized on different length scales. The sub-domains differ not only in the size of the finite elements but also in the constitutive description. In this thesis, different methods for the coupling of non-matching discretizations - constraint equations, the mortar method and the arlequin method - are investigated and the application to heterogeneous multiscale models is presented. Another important point is the detection of critical regions. An adaptive solution procedure allowing the transfer of macroscale sub-domains to the mesoscale is proposed. In this context, several indicators which trigger the model adaptation are introduced. Finally, the application of the proposed adaptive heterogeneous multiscale approach in nonlinear simulations of concrete structures is presented. N2 - Das nichtlineare Materialverhalten von Beton ist durch die Entwicklung von Mikrorissen innerhalb der heterogenen Materialstruktur gekennzeichnet. In dieser Arbeit wird ein Mesoskalenmodell entwickelt, welches die einzelnen Bestandteile der Materialstruktur explizit auflöst und somit die Simulation dieser Mikrorisse erlaubt. Dadurch können die wirklichen physikalischen Vorgänge, welche das komplexe nichtlineare Verhalten von Beton verursachen, durch relativ einfache Materialformulierungen abgebildet werden. Für Beton wird auf der Mesoskala ein 3-Phasenmodell vorgeschlagen, bestehend aus groben Zuschlägen, Mörtelmatrix und Übergangszone zwischen Zuschlag und Matrix. In diesem Zusammenhang wird ein effizienter Algorithmus vorgestellt, welcher ausgehend von einer gegebenen Sieblinie dreidimensionale Kornstrukturen mittels Ellipsoiden simuliert. Im Mesoskalenmodell wird das Zugversagen der Mörtelmatrix durch einen Kontinuumsansatz beschrieben. Um Netzabhängigkeiten, welche durch das Entfestigungsverhalten des Materials hervorgerufen werden, zu reduzieren, kommen nichtlokale Materialformulierungen zum Einsatz. Risse innerhalb der Übergangszone zwischen Zuschlag und Matrix werden, basierend auf einem kohäsiven Modell, mittels eines diskreten Rissansatzes abgebildet. Die Verwendung einer neuen Nebenbedingung innerhalb der Last-Verschiebungs-Zwangsmethode führt zu einer Stabilisierung des iterativen Lösungverfahrens, so dass eine effiziente Simulation von Snap-back Phänomenen möglich wird. Anhand von Beispielen wird gezeigt, dass Mesoskalenmodelle die stochastische Streuung von Ergebnissen und Maßstabseffekte abbilden können. Da auf der Mesoskala die Diskretisierung der inneren Materialstruktur erforderlich ist, steigt im Vergleich zu Simulationen auf der Makroskala der numerische Aufwand erheblich. Aufgrund der Komplexität des numerischen Modells sind Mesoskalensimulationen in der Regel auf kleine Probekörper beschränkt. In dieser Arbeit wird ein adaptiver heterogener Mehrskalenansatz vorgestellt, welcher die Verwendung von Mesoskalenmodellen in nichtlinearen Simulationen von Betonstrukturen erlaubt. In heterogenen Mehrskalenmodellen werden nur kritische Bereiche auf der Mesoskala aufgelöst, während ungeschädigte Bereiche auf der Makroskala abgebildet werden. Ein wichtiger Aspekt in Simulationen mit heterogenen Mehrskalenmodellen ist die Kopplung der auf unterschiedlichen Längenskalen diskretisierten Teilgebiete. Diese unterscheiden sich nicht nur in der Größe der finiten Elemente sondern auch in der Beschreibung des Materials. Verschiedene Methoden zur Kopplung nicht übereinstimmender Vernetzungen - Kopplungsgleichungen, die Mortar-Methode und die Arlequin-Methode - werden untersucht und ihre Anwendung in heterogenen Mehrskalenmodellen wird gezeigt. Ein weiterer wichtiger Aspekt ist die Bestimmung kritischer Regionen. Eine adaptive Lösungsstrategie wird entwickelt, welche die Umwandlung von Makroskalengebieten auf die Mesoskala erlaubt. In diesem Zusammenhang werden Indikatoren vorgestellt, die eine Modellanpassung auslösen. Anhand nichtlinearer Simulationen von Betonstrukturen wird die Anwendung des vorgestellten adaptiven heterogenen Mehrskalenansatzes demonstriert. T2 - Adaptive heterogene Mehrskalenmodelle zur nichtlinearen Simulation von Beton T3 - ISM-Bericht // Institut für Strukturmechanik, Bauhaus-Universität Weimar - 2010,1 KW - Beton KW - Mehrskalenanalyse KW - Finite-Elemente-Methode KW - Nichtlineare Finite-Elemente-Methode KW - Schadensmechanik KW - Mehrskalenmodell KW - Adaptives Verfahren KW - concrete KW - multiscale method KW - finite element method KW - continuum damage mechanics KW - adaptive simulation Y1 - 2009 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20100317-15023 ER - TY - THES A1 - Heidenreich, Christian T1 - Adaptivität von freigeformten Flächentragwerken - Möglichkeiten zur Steigerung der Effizienz von Faserverbundstrukturen im Bauwesen N2 - Die vorliegende Arbeit fokussiert die Optimierung freigeformter adaptiver Faserverbundflächentragwerke auf Basis einer entwickelten und auf einem parametrischen Gesamtmodell basierenden Entwurfsmethode. Die Übertragung adaptiver, natürlich inspirierter Vorgänge stellt eine weitreichende Inspirationsquelle dar. Adaptive Tragwerke können unter Anwendung von Smart Materials als materialsparende, filigrane Tragwerke ausgeführt werden. Die Erfüllung der Grenzzustände der Tragfähigkeit und der Gebrauchstauglichkeit wird nicht allein über die Querschnittsabmessungen sichergestellt. Die notwendige Bauteilsteifigkeit kann vielmehr durch Eintragung von Aktivierungsenergie (Operational Energy) realisiert werden. Auf diese Weise kann die aufgrund der Bauteilabmessungen gebundene Energie (Embodied Energy) minimiert werden. Die entwickelte Entwurfsmethode ermöglicht die Auslegung und Optimierung materialminimierter Schalentragwerke in einem mehrstufigen Prozess. Hierbei wird aus tragwerksplanerischer Sicht die numerische Formfindung, die statische Berechnung und die Aktor- und Sensorpositionierung berechnet. Zudem werden Analysen hinsichtlich der Nachhaltigkeit auf Basis einer Lebenszyklusanalyse durchgeführt. Aufgrund der unterschiedlichen, sich aber gegenseitig beeinflussenden Kriterien, ist eine Optimierung durchzuführen. In der vorliegenden Arbeit wird ein Ansatz zur Definition zulässiger Ökobilanzkennwerte von Smart Materials auf Basis der Energiedifferenz zwischen einer passiven und einer adaptiven Struktur vorgestellt. Anhand dieser Kennwerte kann die Entwicklung zukünftiger Smart Materials unter dem Aspekt der ganzheitlichen Nachhaltigkeit erfolgen. Die Allgemeingültigkeit und Übertragbarkeit der Entwurfsmethode auf weitere Tragsysteme im Bauwesen und speziell anderer Materialkonstellationen wird anhand verschiedener Beispiele aufgezeigt. T3 - bauhaus.ifex research series - 2 KW - Entwurf KW - Formoptimierung KW - Form optimization KW - Parametrische Optimierung KW - Nachhaltigkeit KW - Schale KW - Adaptivität KW - Faserverbundschalentragwerk KW - adaptivity KW - fiber-reinforced shell structures KW - parametric design KW - parametric optimization KW - sustainability Y1 - 2016 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20160314-25512 ER - TY - THES A1 - Riesel, Tobias T1 - Analyse des Querkrafttragverhaltens bewehrter Bauteile aus Porenbeton mit den Methoden der mathematischen Optimierung T1 - Shear Strength Analysis of Reinforced Aerated Concrete Members with Mathematical Programming Methods N2 - Im Rahmen der Arbeit wird das Querkrafttragverhalten bewehrter Bauteile aus Porenbeton untersucht. Die vorherrschende Beschreibung des inneren Kräftezustandes basiert auf der Modellvorstellung eines Fachwerks oder Sprengwerks mit Stahlzugstreben und Betondruckstreben. Ziel ist die Entwicklung eines alternativen Verfahrens zur Ermittlung des inneren Kräftezustandes. Ausgehend vom Prinzip des Minimums des elastischen Gesamtpotentials wird eine Extremalaufgabe für das mechanische Problem formuliert. Die numerische Umsetzung basiert auf der Überführung der Extremalaufgabe in eine nichtlineare Optimierungsaufgabe. Diese lässt sich mit Standardsoftware lösen. Der Vorteil dieser Vorgehensweise besteht darin, dass das grundlegende Verfahren unabhängig vom verwendeten Materialmodell ist. Nichtlineare Spannungs-Dehnungs-Beziehungen oder die Berücksichtigung der Rissbildung erfordern keine Anpassung des Berechnungsalgorithmus. Bewehrte Porenbetonbauteile besitzen im Hinblick auf das Trag- und Verformungsverhalten einige Besonderheiten. Berechnungsansätze für Stahlbetonelemente lassen sich nicht ohne entsprechende Modifikationen übertragen lassen. Die Bewehrung wird aus glatten Stäben hergestellt, so dass nach der Herstellung nur ein Haftverbund wirksam ist. Dieser kann über die Lebensdauer teilweise oder vollständig versagen. Die Kraftübertragung zwischen den Verbundelementen muss durch entsprechende Kopplungselemente (z.B. Querstäbe, Bügel, Endwinkel) sichergestellt werden. Der Bewehrungskorb ist im Porenbeton gebettet. Aufgrund der relativ niedrigen Festigkeit bzw. Steifigkeit des Porenbetons und des teilweise unwirksamen Verbundes treten Relativverschiebungen zwischen beiden Verbundmaterialien auf. Hier sind die Ursachen dafür zu finden, dass die Beanspruchung der Querkraftbewehrung viel geringer ist als bei vergleichbaren Stahlbetonbalken. Der Querkraftbewehrungsgrad erlaubt keine Rückschlüsse auf den Querkraftwiderstand. Das zentrale Anliegen der Arbeit ist die Implementierung nichtlinearer Materialansätze, der Rissbildung des Porenbetons sowie der porenbetonspezifischen Besonderheiten verschieblicher Verbund, diskrete Verankerung der Bewehrung und Relativverschiebungen zwischen Porenbeton und Bewehrung) in das Berechnungsmodell. Die Leistungsfähigkeit des entwickelten Berechnungsmodells wird anhand von Beispielen demonstriert. Die Kräfte in der Bewehrung sowie das Tragwerksverhalten werden realitätsnah bestimmt. N2 - In this thesis the behaviour of reinforced autoclaved aerated concrete (AAC) members is examined when they are subjected to shear forces. The main models used for analyzing shear forces are based on framework or truss frame models with concrete struts and steel tension ties. The primary objective is the development of an alternative model for evaluation of inner forces in AAC members. The mechanical problem is based on the Principle of Minimum Potential Energy relating to the stable equilibrium of conservative systems. Numerical solution will be achieved by direct energy minimization using nonlinear optimization techniques provided by standard software tools. The main advantage of this approach is the independence of material law from the base algorithm. Therefore nonlinear effects like cracks in concrete or yielding of reinforcement bars can be implemented without changing the fundamental model. Regarding to the load bearing and deflection behaviour reinforced autoclaved aerated concrete members have some specifics which will prevent the usage of calculation models for reinforced concrete. Steel rebar elements are not profiled and are covered by a corrosion protection. There is no sufficient bond between the reinforcement and the concrete. Forces have to be carried by discrete elements (e.g. crossbar, stirrup). The reinforcement cage is bedded in the concrete. When the beam or plate is loaded there will be small displacements between steel and concrete. These displacements have a strong influence on the forces in the rebar elements and have to be considered in a calculation model. This is the main reason why the ratio of shear reinforcement isn’t a measure for the load bearing capacity in shear. The alternative model developed in this thesis will implement the nonlinear material behaviour of steel and concrete, the cracking of concrete and the specific characteristic of AAC like non existing bond, discrete anchorage of reinforcement and displacements between reinforcement and concrete. The effectiveness of the model is shown by means of some test results by Wehr (AAC-Beams) and Daschner (AAC-plates). The model gives realistic results for the internal forces and the displacements of the AAC members as well as the local displacements of the reinforcement within the concrete. T3 - Schriftenreihe des Instituts für Konstruktiven Ingenieurbau - 22 KW - Querkraft KW - Porenbeton KW - Schubbewehrung KW - Schubtragfähigkeit KW - Optimierung KW - Energiemethoden KW - Shear Strength KW - Mathematical Programming KW - Strain Energy KW - Autoclaved Aerated Conrete Y1 - 2013 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20130128-18351 PB - Bauhaus-Universität Weimar Universitätsverlag CY - Weimar ER - TY - THES A1 - Simon, Antje T1 - Analyse zum Trag- und Verformungsverhalten von Straßenbrücken in Holz-Beton-Verbundbauweise T1 - Load-bearing and deformation performance of road bridges as timber-concrete composites N2 - Ziel der Arbeit ist es, einen Beitrag zur Weiterentwicklung und Adaption der Holz-Beton-Verbundbauweise auf den Straßenbrückenbau zu leisten. Dabei stehen differenzierte Untersuchungen zum Trag- und Verformungsverhalten hybrider Holzbrückentragwerke sowie die Entwicklung geeigneter Verbundelemente im Vordergrund. Um die Einführung dieser innovativen Bauweise in der Praxis zu unterstützen, werden Bemessungs- und Konstruktionshinweise erarbeitet. Aufbauend auf eine Analyse des derzeitigen Forschungs- und Entwicklungsstandes auf dem Gebiet des Holz-Beton-Verbundbaus erfolgt die Untersuchung des Trag- und Verformungsverhaltens von Holz-Beton-Verbundbrücken anhand einer umfangreichen Parameterstudie. Dabei wird der Einfluss verschiedener Geometrie- und Steifigkeitsparameter auf die Tragfähigkeit und Gebrauchstauglichkeit von Holz-Beton-Verbundbrücken quantifiziert. Spezielle Untersuchungen dienen der Evaluation der Ermüdungssicherheit und der Ermittlung der Steifigkeitsdegradation unter Langzeitbeanspruchung auf der Basis einer realitätsnahen Abbildung des differenten zeit- und klimaabhängigen Tragverhaltens der Verbundbaustoffe. Praxisgerechte Empfehlungen für die optimierte konstruktive Durchbildung hybrider Holzbrückentragwerke fassen die Ergebnisse der Parameterstudie zusammen. Aus den Parameteranalysen leitet sich ein Anforderungsprofil bezüglich der Steifigkeit und Tragfähigkeit geeigneter Verbundelemente für den Straßenbrückenbau ab. Das Tragverhalten von drei ausgewählten Verbundelementtypen, welche diesem Profil entsprechen, wird anhand systematischer Scherversuche unter Kurzzeit-, Langzeit- und dynamischer Belastung analysiert. Aufbauend auf diese Testreihen werden weiterführende umfangreiche Versuchsserien mit dem Verbundelement Dübelleiste zur Bestimmung der mechanischen Kennwerte und zur Analyse des Gesamttragverhaltens vorgestellt. In Auswertung der umfangreichen Bauteilversuche und rechnerischer Simulationen auf der Basis Finiter-Elemente-Modelle wird ein Bemessungskonzept erarbeitet und die Eignung des Verbundelementes Dübelleiste für den Einsatz im Hybridbrückenbau nachgewiesen. N2 - The dissertations aim is to develop the construction of road bridges using timber-concrete composites. In the foreground it is necessary to investigate the load-bearing and deformation performance of hybrid timber bridges and to develop suitable joints for bridge building. Construction and design details are developed to improve the initiation of this innovative building method in practice. First the present research and development status in the fields of timber-concrete composites is analysed. On the basis of this analysis a comprehensive parametrical study is used to investigate the load-bearing and deformation performance of hybrid timber bridges. Thereby, the influence of different geometrical and stiffness parameters on the ultimate limit state and on the serviceability of these bridges is quantified. Special investigations evaluating the fatigue behaviour are presented. Also the long-time performance is analysed using a realistic description of the different time- and climatic dependent behaviour of the bonding materials. Practical references for the optimised construction of hybrid timber bridges summarise the results of the parametrical study. On the basis of the study, a requirement profile is defined for the stiffness and ultimate load of suitable connectors for building road bridges. The load-bearing performance of three different connector types fitting this profile is analysed by systematic shear tests under short-time, long-time, and dynamic loading. Continuative tests with the stud joint having been done to determine the mechanical values and to investigate the total load-bearing performance are presented. Analysing these comprehensive tests and FE-simulations of the tests a design concept is developed. So the suitability of the stud joint is verified for the usage in hybrid timber road bridges. T3 - Schriftenreihe des Instituts für Konstruktiven Ingenieurbau - 16 KW - Hybridbauweise KW - Brückenbau KW - Straßenbrücke KW - Holzbau KW - Verbundbauweise KW - Materialermüdung KW - Holz-Beton-Verbund KW - Parameteranalyse KW - Langzeittragverhalten KW - Verbundmittel KW - Dübelleiste KW - timber-concrete composite KW - road bridge KW - long-time-performance KW - fatigue KW - connector Y1 - 2008 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20081022-14216 N1 - Die gedruckte Ausgabe ist im Universitätsverlag der Bauhaus-Universität Weimar erschienen, seit 2014 Bauhaus-Universitätsverlag Weimar. ER - TY - THES A1 - Oucif, Chahmi T1 - Analytical Modeling of Self-Healing and Super Healing in Cementitious Materials N2 - Self-healing materials have recently become more popular due to their capability to autonomously and autogenously repair the damage in cementitious materials. The concept of self-healing gives the damaged material the ability to recover its stiffness. This gives a difference in comparing with a material that is not subjected to healing. Once this material is damaged, it cannot sustain loading due to the stiffness degradation. Numerical modeling of self-healing materials is still in its infancy. Multiple experimental researches were conducted in literature to describe the behavior of self-healing of cementitious materials. However, few numerical investigations were undertaken. The thesis presents an analytical framework of self-healing and super healing materials based on continuum damage-healing mechanics. Through this framework, we aim to describe the recovery and strengthening of material stiffness and strength. A simple damage healing law is proposed and applied on concrete material. The proposed damage-healing law is based on a new time-dependent healing variable. The damage-healing model is applied on isotropic concrete material at the macroscale under tensile load. Both autonomous and autogenous self-healing mechanisms are simulated under different loading conditions. These two mechanisms are denoted in the present work by coupled and uncoupled self-healing mechanisms, respectively. We assume in the coupled self-healing that the healing occurs at the same time with damage evolution, while we assume in the uncoupled self-healing that the healing occurs when the material is deformed and subjected to a rest period (damage is constant). In order to describe both coupled and uncoupled healing mechanisms, a one-dimensional element is subjected to different types of loading history. In the same context, derivation of nonlinear self-healing theory is given, and comparison of linear and nonlinear damage-healing models is carried out using both coupled and uncoupled self-healing mechanisms. The nonlinear healing theory includes generalized nonlinear and quadratic healing models. The healing efficiency is studied by varying the values of the healing rest period and the parameter describing the material characteristics. In addition, theoretical formulation of different self-healing variables is presented for both isotropic and anisotropic maerials. The healing variables are defined based on the recovery in elastic modulus, shear modulus, Poisson's ratio, and bulk modulus. The evolution of the healing variable calculated based on cross-section as function of the healing variable calculated based on elastic stiffness is presented in both hypotheses of elastic strain equivalence and elastic energy equivalence. The components of the fourth-rank healing tensor are also obtained in the case of isotropic elasticity, plane stress and plane strain. Recent research revealed that self-healing presents a crucial solution also for the strengthening of the materials. This new concept has been termed ``Super Healing``. Once the stiffness of the material is recovered, further healing can result as a strengthening material. In the present thesis, new theory of super healing materials is defined in isotropic and anisotropic cases using sound mathematical and mechanical principles which are applied in linear and nonlinear super healing theories. Additionally, the link of the proposed theory with the theory of undamageable materials is outlined. In order to describe the super healing efficiency in linear and nonlinear theories, the ratio of effective stress to nominal stress is calculated as function of the super healing variable. In addition, the hypotheses of elastic strain and elastic energy equivalence are applied. In the same context, new super healing matrix in plane strain is proposed based on continuum damage-healing mechanics. In the present work, we also focus on numerical modeling of impact behavior of reinforced concrete slabs using the commercial finite element package Abaqus/Explicit. Plain and reinforced concrete slabs of unconfined compressive strength 41 MPa are simulated under impact of ogive-nosed hard projectile. The constitutive material modeling of the concrete and steel reinforcement bars is performed using the Johnson-Holmquist-2 damage and the Johnson-Cook plasticity material models, respectively. Damage diameters and residual velocities obtained by the numerical model are compared with the experimental results and effect of steel reinforcement and projectile diameter is studied. KW - Schaden KW - Beschädigung KW - Selbstheilung KW - Zementbeton KW - Damage KW - Healing KW - Concrete KW - Autonomous KW - Autogenous KW - Super Healing Y1 - 2020 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20200831-42296 ER - TY - THES A1 - Marx, Steffen T1 - Anwendung der mathematischen Optimierung bei der geometrisch und physikalisch nichtlinearen Analyse von Stahlbetontragwerken N2 - Ausgehend von den klassischen Variationsprinzipien der Mechanik werden kinematische und gemischte Extremalprinzipe abgeleitet, die zur Beschreibung geometrisch und physikalisch nichtlinearen Tragverhaltens geeignet sind. Ein Schwerpunkt der Arbeit besteht in der Anwendung der Prinzipe zur Analyse und Bemessung von Stahlbeton-, Spannbeton- und Verbundquerschnitten. Aus einem einheitlichen Berechnungsmodell wird eine Vielzahl praxisrelevanter Problemstellungen abgeleitet. Ein weiterer Schwerpunkt ist die Anwendung der kinematischen Extremalformulierung für die geometrisch und physikalisch nichtlineare Berechnung von Stabtragwerken. N2 - Based on the classical variational principles, kinematical and mixed extremum principles are derived. These principles are used to describe geometrical and physical nonlinear behaviour. A first focus is the application of the principles to analyse and design prestresst reinforced concrete and combined cross-sections. Based on an uniform calculation model a number of various practical problems is dealt. A second point is the use of kinematical extremum problem for geometrical and physical nonlinear calculation of framed structures. KW - Stahlbetonkonstruktion KW - Nichtlineare Mechanik KW - Nichtlineare Optimierung KW - Extremalprinzip KW - Tragverhalten KW - Querschnittsanalyse KW - Bemessung KW - Variationsprinzip KW - Grenzlast KW - Reinforced concrete KW - geometrical nonlinear KW - physical nonlinear KW - mathematical programming KW - cross-section analysis Y1 - 2000 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20040216-343 ER -