TY - THES A1 - Zabel, Volkmar ED - Könke, Carsten ED - Lahmer, Tom ED - Rabczuk, Timon T1 - Operational modal analysis - Theory and aspects of application in civil engineering N2 - In recent years the demand on dynamic analyses of existing structures in civil engineering has remarkably increased. These analyses are mainly based on numerical models. Accordingly, the generated results depend on the quality of the used models. Therefore it is very important that the models describe the considered systems such that the behaviour of the physical structure is realistically represented. As any model is based on assumptions, there is always a certain degree of uncertainty present in the results of a simulation based on the respective numerical model. To minimise these uncertainties in the prediction of the response of a structure to a certain loading, it has become common practice to update or calibrate the parameters of a numerical model based on observations of the structural behaviour of the respective existing system. The determination of the behaviour of an existing structure requires experimental investigations. If the numerical analyses concern the dynamic response of a structure it is sensible to direct the experimental investigations towards the identification of the dynamic structural behaviour which is determined by the modal parameters of the system. In consequence, several methods for the experimental identification of modal parameters have been developed since the 1980ies. Due to various technical restraints in civil engineering which limit the possibilities to excitate a structure with economically reasonable effort, several methods have been developed that allow a modal identification form tests with an ambient excitation. The approach of identifying modal parameters only from measurements of the structural response without precise knowledge of the excitation is known as output-only or operational modal analysis. Since operational modal analysis (OMA) can be considered as a link between numerical modelling and simulation on the one hand and the dynamic behaviour of an existing structure on the other hand, the respective algorithms connect both the concepts of structural dynamics and mathematical tools applied within the processing of experimental data. Accordingly, the related theoretical topics are revised after an introduction into the topic. Several OMA methods have been developed over the last decades. The most established algorithms are presented here and their application is illustrated by means of both a small numerical and an experimental example. Since experimentally obtained results always underly manifold influences, an appropriate postprocessing of the results is necessary for a respective quality assessment. This quality assessment does not only require respective indicators but should also include the quantification of uncertainties. One special feature in modal testing is that it is common to instrument the structure in different sensor setups to improve the spacial resolution of identified mode shapes. The modal information identified from tests in several setups needs to be merged a posteriori. Algorithms to cope with this problem are also presented. Due to the fact that the amount of data generated in modal tests can become very large, manual processing can become extremely expensive or even impossible, for example in the case of a long-term continuous structural monitoring. In these situations an automated analysis and postprocessing are essential. Descriptions of respective methodologies are therefore also included in this work. Every structural system in civil engineering is unique and so also every identification of modal parameters has its specific challenges. Some aspects that can be faced in practical applications of operational modal analysis are presented and discussed in a chapter that is dedicated specific problems that an analyst may have to overcome. Case studies of systems with very close modes, with limited accessibility as well as the application of different OMA methods are described and discussed. In this context the focus is put on several types of uncertainty that may occur in the multiple stages of an operational modal analysis. In literature only very specific uncertainties at certain stages of the analysis are addressed. Here, the topic of uncertainties has been considered in a broader sense and approaches for treating respective problems are suggested. Eventually, it is concluded that the methodologies of operatinal modal analysis and related technical solutions have been well-engineered already. However, as in any discipline that includes experiments, a certain degree of uncertainty always remains in the results. From these conclusions has been derived a demand for further research and development that should be directed towards the minimisation of these uncertainties and to a respective optimisation of the steps and corresponding parameters included in an operational modal analysis. T3 - ISM-Bericht // Institut für Strukturmechanik, Bauhaus-Universität Weimar - 2019,5 KW - Modalanalyse KW - Strukturdynamik KW - Operational modal analysis KW - modal analysis KW - structural dynamics Y1 - 2019 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20191030-40061 ER - TY - THES A1 - Shahraki, Mojtaba T1 - Numerical Analysis of Soil Behavior and Stone Columns Effects on the Railway Track N2 - Railway systems are highly competitive compared with other means of transportation because of their distinct advantages in speed, convenience and safety. Therefore, the demand for railway transportation is increasing around the world. Constructing railway tracks and related engineering structures in areas with loose or soft cohesive subgrade usually leads to problems, such as excessive settlement, deformation and instability. Several remedies have been proposed to avoid or reduce such problems, including the replacement of soft soil and the construction of piles or stone columns. This thesis aims to expand the geotechnical knowledge of how to improve subgrade ballasted railway tracks, using stone columns and numerical modeling for the railway infrastructure. Three aspects are considered: i) railway track dynamics modeling and validation by field measurements, ii) modeling and parametric studies on stone columns, and iii) studies on the linear and non-linear behavior of stone columns under the dynamic load of trains. The first step of this research was to develop a reliable numerical model of a railway track. The finite element method in a time domain was used for either a 2D plane strain or 3D analysis. Individual methods for modeling a train load in 2D and 3D were implemented and are discussed in this thesis. The developed loading method was validated with three different railway tracks using obtained vibration measurements. Later, these numerical models were used to analyze the influence of stone column length and train speed in the stress field. The performance of the treated ground depends on various parameters, such as the strength of stone columns, spacing, length and diameter of the columns. Therefore, the second step was devoted to a parameter study of stone columns as a unit cell with an axisymmetric condition. The results showed that even short stone columns were effective for settlement reduction, and area of replacement was the main influential parameter in their performance. The third part of this thesis focuses on a hypothetical railway-track response to the passage of various train speeds and the influence of stone-column length. The stress-strain response of subgrade is analyzed under either an elastic–perfectly plastic or advanced constitutive model. The non-linear soil response in the finite element method and the impact of train speed and stone column length on railway tracks are also evaluated. Moreover, the reductions of induced vibration – in both a horizontal and a vertical direction – after improvement are investigated. KW - Eisenbahn KW - Verkehrslast KW - Gleisanlage KW - Numerical KW - Railway KW - Stone Columns KW - Schottersäule KW - Gleisdynamik Y1 - 2019 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20191111-40159 ER - TY - THES A1 - Jahreis, Markus T1 - Zur Entwicklung von Polymerverguss-Kopplungselementen für den Holzbau N2 - Den Schwerpunkt der vorliegenden Arbeit bilden die konstruktive Entwicklung und die wissenschaftliche Untersuchung des Tragverhaltens von Kopplungselementen für den Ingenieur¬holzbau. Die neu entwickelten Verbindungen bestehen bevorzugt aus Stahlteilen mit Gewindeanschluss und werden mit einem Polymerverguss im Holz verankert. Die Kopplungselemente gestatten die einfache montagegerechte Verbindung von Holzbauteilen untereinander oder zu anderen Bauweisen. Sie nehmen die Zug- oder Drucklast axial auf und gewährleisten eine leistungsfähige und schlupf¬freie Verbindung zum Holz. Für den Verguss wird ein mineralisch gefülltes Epoxidharz mit sehr guten Klebeeigenschaften gegenüber Holz und den meisten üblichen Baustoffen verwendet. Im Holz werden für die Verankerung der Kopplungselemente Bohrungen vorgesehen, die sich sowohl aus technologischen Gründen als auch für eine gleichmäßige Spannungsverteilung vorteilhaft erweisen. Der Durchmesser der Bohrung ist gegenüber dem Verbindungselement deutlich größer, wodurch die Verbindungsfläche zum Holz bei konstanter Länge ansteigt. Die Vergrößerung der Fugen zwischen dem Verbindungselement und der Holzwandung von 7 mm auf 17 mm führt bei konstanter Einbindetiefe und gleichem Durchmesser des Verbin¬dungsmittels zu einer Laststeigerung von über 20 %. Die größere Vergussfuge gewährleistet darüber hinaus eine Vergleichmäßigung der Spannungen innerhalb der Verbindung, den Ein¬satz von frei geformten Verbindungselementen und eine Vereinfachung der Herstellung. Die Kopplungselemente sind für den Einsatz in Zug- oder Druckstößen ebenso geeignet wie für biegesteife Anschlüsse axial verbundener Biegeträger oder Rahmenecken. Sie können werkseitig im Holzbauteil vorgesehen oder als direkte Verbindung auf der Baustelle vergossen werden. Für die Baupraxis wird durch den Einsatz des schwindarmen Verguss-materials mit hoher Klebewirkung eine Bandbreite an Anwendungen vom Toleranzausgleich über Schubbewehrung bis zum Druck-, Zug- oder Biegeanschluss geboten. N2 - The development and scientific investigation of connecting structural elements for timber constructions is the focus of this thesis. These consist preferential of a connector with standard threading that is anchored to the timber with a polymer grout. The connector allows a simple assembly-compatible connection of the timber elements to other timber structures or different construction types. The new developed polymer-grouted connecting structural elements carry tensile or compressive axial loads and offer a slip-free connection with a high load capacity. The grout is made of an epoxy resin with mineral filling that ensures a reliable adhesive connection to timber and most common building materials. The connectors are mounted into the timber by drill holes that are advantageous for technological reasons and a consistent stress distribution. The diameter of the hole is considerably larger than the connector. Thereby, the mounting area to the timber is enlarged as well as the load capacity, even at constant length. While enlarging the gap between connector and enveloping timber from 7 mm to 17 mm the load capacity increases by more than 20 %. Within the larger gap, filled with polymer grout, the surface stress distribution is equalized. This allows the usage of free formed connectors and an easier handling. The cast-in connectors can be used for tensile or compression joints as well as for the bending connection of axial mounted beams or frame structures. It is possible to prefabricate the elements or to grout them on site as repair-joints. The stable polymer grout offers a variety of applications with its adhesive and low shrinking properties. In combination with threaded connectors it can be used to equalize tolerances or for tension, compression or shear-connectors and as reinforcement for timber structures. KW - Holzbau KW - Kleben KW - Verbund KW - Konstruktion KW - Anschluss KW - Verbindung Y1 - 2019 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20190731-39458 ER - TY - THES A1 - Grossmann, Albert T1 - Sicherheitskonzept zur Berücksichtigung von Korrosion an Gashochdruckleitungen aus Stählen N2 - Gashochdruckleitungen aus Stahl werden mit Hilfe eines deterministischen Sicherheitskonzeptes bemessen. Im unveränderten Bemessungszustand und im bestimmungsgemäßem Betrieb ist die statische Tragfähigkeit der Gashochdruckleitungen gegeben. Mit den Jahren unterliegen Gashochdruckleitungen aus Stahl geometrischen Veränderungen, die häufig durch Korrosion hervorgerufen werden. Die Beurteilung der statischen Tragfähigkeit erfolgt dann unter Berücksichtigung dieser geometrischen Änderung. Deterministische Sicherheitsbeiwerte der Bemessung neuer Gashochdruckleitungen können für die Bemessung bestehender korrosionsgeschädigter Gashochdruckleitungen nicht herangezogen werden, da diese einen definierten Beanspruchungs- und Geometriezustand unterstellen, welcher durch den geometrischen Einfluss der Korrosion so nicht mehr besteht. Die Arbeit befasst sich mit der Ermittlung deterministischer Sicherheitsbeiwerte für die Bemessung korrosionsgeschädigter Gashochdruckleitungen auf Basis von Versagenswahrscheinlichkeiten und stellt ein Anwendungskonzept zu deren Nutzung vor. KW - Gashochdruckleitungen KW - Sicherheit KW - Korrosion KW - Gashochdruckleitungen KW - Probailistik Y1 - 2019 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20191113-40199 ER - TY - INPR A1 - Bode, Matthias A1 - Marx, Steffen A1 - Vogel, Albert A1 - Völker, Conrad T1 - Dissipationsenergie bei Ermüdungsversuchen an Betonprobekörpern N2 - Aufgrund des visko-elastoplastischen Materialverhaltens von Beton wird Probekörpern und Bauteilen infolge zyklischer Beanspruchungen Energie zugeführt. Die entsprechenden Energiegrößen werden durch Hystereseflächen der Spannungs-Dehnungslinien beschrieben. In der Literatur finden sich dabei unterschiedliche Ansätze, wofür diese Energie verwendet wird. Erste Untersuchungen zeigen, dass zumindest ein Teil dieser dissipierten Energie in thermische Energie umgewandelt wird. Mithilfe der in diesem Beitrag beschriebenen Methodik lassen sich diese Energiegrößen für jeden Lastwechsel eines Ermüdungsversuches schnell und zuverlässig bestimmen. Anschließend wurden mit dem implementierten Algorithmus die dissipierten Energien von insgesamt 27 zyklischen Versuchen ausgewertet. Analog zu der Dehnungsentwicklung und der Steifigkeitsdegradation weisen auch die Verläufe der dissipierten Energie über die Lastwechselzahl einen dreiphasigen Verlauf auf. Die Auswertung zeigt außerdem eine Korrelation zwischen der Bruchlastwechselzahl und der dissipierten Energie. Auch der Zusammenhang zwischen Probekörpererwärmung und dissipierter Energie konnte bestätigt werden. KW - Ermüdung KW - Beton KW - Dissipationsenergie KW - Probekörpererwärmung Y1 - 2019 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20211012-44938 UR - https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/best.201900004 N1 - This is the pre-peer reviewed version of the following article: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/best.201900004, which has been published in final form at https://doi.org/10.1002/best.201900004 VL - 2019 ER - TY - THES A1 - Grossmann, Albert T1 - Sicherheitskonzept zur Berücksichtigung von Korrosion an Gashochdruckleitungen aus Stählen N2 - Gashochdruckleitungen aus Stahl werden mit Hilfe eines deterministischen Sicherheitskonzeptes bemessen. Im unveränderten Bemessungszustand und im bestimmungsgemäßem Betrieb ist die statische Tragfähigkeit der Gashochdruckleitungen gegeben. Mit den Jahren unterliegen Gashochdruckleitungen aus Stahl geometrischen Veränderungen, die häufig durch Korrosion hervorgerufen werden. Die Beurteilung der statischen Tragfähigkeit erfolgt dann unter Berücksichtigung dieser geometrischen Änderung. Deterministische Sicherheitsbeiwerte der Bemessung neuer Gashochdruckleitungen können für die Bemessung bestehender korrosionsgeschädigter Gashochdruckleitungen nicht herangezogen werden, da diese einen definierten Beanspruchungs- und Geometriezustand unterstellen, welcher durch den geometrischen Einfluss der Korrosion so nicht mehr besteht. Die Arbeit befasst sich mit der Ermittlung deterministischer Sicherheitsbeiwerte für die Bemessung korrosionsgeschädigter Gashochdruckleitungen auf Basis von Versagenswahrscheinlichkeiten und stellt ein Anwendungskonzept zu deren Nutzung vor. KW - Sicherheit KW - Korrosion KW - Gashochdruckleitungen KW - Probabilistik Y1 - 2019 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20191021-40034 UR - https://e-pub.uni-weimar.de/opus4/frontdoor/index/index/docId/4019 N1 - Korrigierte Fassung - Siehe URL-Link ER -