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The proceedings at hand are the result of the International Master Course Module: "Nonlinear Analysis of Structures: Wind Induced Vibrations" held at the Faculty of Civil Engineering at Bauhaus-University Weimar, Germany in the summer semester 2019 (April - August). This material summarizes the results of the project work done throughout the semester, provides an overview of the topic, as well as impressions from the accompanying programme.
Wind Engineering is a particular field of Civil Engineering that evaluates the resistance of structures caused by wind loads. Bridges, high-rise buildings, chimneys and telecommunication towers might be susceptible to wind vibrations due to their increased flexibility, therefore a special design is carried for this aspect. Advancement in technology and scientific studies permit us doing research at small scale for more accurate analyses. Therefore scaled models of real structures are built and tested for various construction scenarios. These models are placed in wind tunnels where experiments are conducted to determine parameters such as: critical wind speeds for bridge decks, static wind coefficients and forces for buildings or bridges. The objective of the course was to offer insight to the students into the assessment of long-span cable-supported bridges and high-rise buildings under wind excitation. The participating students worked in interdisciplinary teams to increase their knowledge in the understanding and influences on the behaviour of wind-sensitive structures.
The design of engineering structures takes place today and in the past on the basis of static calculations. The consideration of uncertainties in the model quality becomes more and more important with the development of new construction methods and design requirements. In addition to the traditional forced-based approaches, experiences and observations about the deformation behavior of components and the overall structure under different exposure conditions allow the introduction of novel detection and evaluation criteria.
The proceedings at hand are the result from the Bauhaus Summer School Course: Forecast Engineering held at the Bauhaus-Universität Weimar, 2017. It summarizes the results of the conducted project work, provides the abstracts of the contributions by the participants, as well as impressions from the accompanying programme and organized cultural activities.
The special character of this course is in the combination of basic disciplines of structural engineering with applied research projects in the areas of steel and reinforced concrete structures, earthquake and wind engineering as well as informatics and linking them to mathematical methods and modern tools of visualization. Its innovative character results from the ambitious engineering tasks and advanced
modeling demands.
Institute of Structural Engineering, Institute of Structural Mechanics, as well as Institute for Computing, Mathematics and Physics in Civil Engineering at the faculty of civil engineering at the Bauhaus-Universität Weimar presented special topics of structural engineering to highlight the broad spectrum of civil engineering in the field of modeling and simulation.
The summer course sought to impart knowledge and to combine research with a practical context, through a challenging and demanding series of lectures, seminars and project work. Participating students were enabled to deal with advanced methods and its practical application.
The extraordinary format of the interdisciplinary summer school offers the opportunity to study advanced developments of numerical methods and sophisticated modelling techniques in different disciplines of civil engineering for foreign and domestic students, which go far beyond traditional graduate courses.
The proceedings at hand are the result from the Bauhaus Summer School course: Forecast Engineering held at the Bauhaus-Universität Weimar, 2018. It summarizes the results of the conducted project work, provides the abstracts/papers of the contributions by the participants, as well as impressions from the accompanying programme and organized cultural activities.
Jazzforschung heute
(2019)
Die internationale Jazzforschung hat sich in den vergangenen Jahrzehnten zahlreiche neue Fragestellungen und Forschungsansätze erschlossen. So sind etwa die globalen Dimensionen des Jazz, die Rolle von Frauen im Jazz oder seine mannigfaltigen kulturellen Bedeutungen in Geschichte und Gegenwart ins Zentrum der Forschung gerückt. Die dreizehn Beiträge des Tagungsbandes widmen sich Themen, Methoden und Desideraten der gegenwärtigen wissenschaftlichen Auseinandersetzung mit dem Jazz. Zudem werden Perspektiven des künstlerischen Forschens im Jazz und der Ausbildung von Jazzmusikern und -forschern diskutiert.
Long-span bridges are prone to wind-induced vibrations. Therefore, a reliable representation of the aerodynamic forces acting on a bridge deck is of a major significance for the design of such structures. This paper presents a systematic study of the two-dimensional (2D) fluid-structure interaction of a bridge deck under smooth and turbulent wind conditions. Aerodynamic forces are modeled by two approaches: a computational fluid dynamics (CFD) model and six semi-analytical models. The vortex particle method is utilized for the CFD model and the free-stream turbulence is introduced by seeding vortex particles upstream of the deck with prescribed spectral characteristics. The employed semi-analytical models are based on the quasi-steady and linear unsteady assumptions and aerodynamic coefficients obtained from CFD analyses.
The underlying assumptions of the semi-analytical aerodynamic models are used to interpret the results of buffeting forces and aeroelastic response due to a free-stream turbulence in comparison with the CFD model. Extensive discussions are provided to analyze the effect of linear fluid memory and quasi-steady nonlinearity from a CFD perspective. The outcome of the analyses indicates that the fluid memory is a governing effect in the buffeting forces and aeroelastic response, while the effect of the nonlinearity is overestimated by the quasi-steady models. Finally, flutter analyses are performed and the obtained critical velocities are further compared with wind tunnel results, followed by a brief examination of the post-flutter behavior. The results of this study provide a deeper understanding of the extent of which the applied models are able to replicate the physical processes for fluid-structure interaction phenomena in bridge aerodynamics and aeroelasticity.
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.
Die massive Neubautätigkeit in Deutschland hat die Diskussion um Baukultur wieder verstärkt angestoßen. Dabei wird der Einfluss der kommunalen Planung auf die Baugestaltung sowohl in der Öffentlichkeit als auch der Fachliteratur nur unzureichend thematisiert. Die vorliegende Arbeit von Cornelius Hutfless untersucht die Thematik am konkreten Beispiel der Weimarer Innenstadt. Hierzu wurden die neun formellen und informellen Instrumente analysiert und bewertet, mit denen die kommunale Planung in Weimar seit dem Jahr 1990 unmittelbaren Einfluss auf die Baugestaltung von Neubauprojekten genommen hat: Bebauungspläne, der Denkmalschutz, Sanierungssatzungen, Gestaltungssatzungen, Wettbewerbe, der Gestaltungsbeirat, die Bauberatung, Fachkonzepte und die Öffentlichkeitsbeteiligung. Methodisch kamen die Quellenanalyse, die Fallanalyse und die Stärken-Schwächen-Analyse zum Einsatz. Die Recherchearbeit wurde durch sechs leitfadengestützte Expert*inneninterviews mit Schlüsselpersonen der Weimarer Baugestaltung ergänzt. Dieser Forschungsansatz veranschaulicht den Einfluss kommunaler Planung auf die Gestaltung von Neubauvorhaben erstmalig am Fallbeispiel einer einzelnen deutschen Stadt, indem alle angewendeten Instrumente analysiert wurden. Für Forscher*innen ermöglicht der Bezug auf ein konkretes Untersuchungsgebiet einen praxisnahen Zugang zum Thema Baugestaltung. Stadtplaner*innen veranschaulicht das Beispiel Weimar außerdem, wie umfangreich und restriktiv die kommunalen Möglichkeiten sind, auf die Baugestaltung einzuwirken. Vorbildlich im Sinne einer konsequenten Strategie der Baugestaltung sind in Weimar zum einen die strengen Festsetzungen in den Bebauungsplänen des Untersuchungsgebietes, deren Umsetzung durch die Einsetzung von Baubeiräten gesichert wird. Zum anderen ist der kommunalpolitische Rückhalt ein grundlegender Erfolgsfaktor, der u. a. den Empfehlungen des Gestaltungsbeirates Nachdruck verleiht. Zudem verfügt Weimar über eine umfangreiche Denkmalausweisung. Durch die umfassende Nutzung und Kombination der Instrumente, hat die kommunale Planung in Weimar erfolgreich einen Rahmen geschaffen, der baugestalterische Standards gewährleistet. Der Charakter der Weimarer Innenstadt konnte erhalten werden, obwohl moderne Neubauentwicklungen zugelassen wurden. Das Beispiel Weimar zeigt also, dass Baugestaltungsqualität wesentlich von dem klaren Anspruch einer Kommune nach Prozess- und Verfahrensqualität abhängt. Verbesserungswürdig ist in Weimar hingegen die Öffentlichkeitsbeteiligung bei Gestaltungsfragen. Schon vor der Schaffung planungsrechtlicher Tatsachen sollte zukünftig die Öffentlichkeit umfangreicher in Baugestaltungsprozesse eingebunden und dafür die Möglichkeiten ergänzender, informeller Verfahren ausgeschöpft werden. Nur dann ist eine restriktive Stadtgestaltungspolitik, im Sinne der Wahrung öffentlicher Interessen ganzheitlich positiv zu bewerten.
Ausgezeichnet mit dem Hochschulpreis der Bauhaus-Universität Weimar 2018
"Qualitätsmanagement (QM) ist im Sinne reibungslos funktionierender Abläufe ein unverzichtbarer Bestandteil jedes Büros, unabhängig von der Größe und dem Kerngeschäft und unabhängig davon, ob ein Zertifizierungsverfahren durchlaufen
wird oder nicht. Im Laufe der Jahre werden in Ingenieur- und Architekturbüros meist zahlreiche organisatorische Einzelregelungen getroffen, die den Alltag erleichtern sollen. Eine systematische Zusammenstellung, Einführung und Kontrolle unterbleibt jedoch oft. Häufig schrecken die Verantwortlichen vor dem vermeintlichen Aufwand für die systematische Zusammenstellung in einem QM-Handbuch und dem vermeintlich noch viel größeren Aufwand für eine externe Überprüfung im Rahmen eines externen Audits mit anschließender Zertifizierung zurück. Der
Nutzen, der alleine schon durch ein passgenau aufgebautes und gelebtes QMHandbuch entsteht, wird nicht realisiert.
Der QM-Standard „Planer am Bau“ (PaB) ist ein branchenspezifischer Standard, der gezielt für Ingenieur- und Architekturbüros entwickelt worden ist und ausschließlich deren Belange berücksichtigt. Im Ergebnis entstehen nach klaren Vorgaben der Mindestanforderungen schlanke, auf die jeweiligen Bürobesonderheiten angepasste Handbücher, die durch den TÜV Rheinland auditiert und zertifiziert werden
können. Der Nachweis eines wirksamen QM-Systems ist mit diesem Zertifikat erbracht, was unter anderem in VgV-Ausschreibungen Vorteile bringen kann."
Identifying cable force with vibration-based methods has become widely used in engineering practice due to simplicity of application. The string taut theory provides a simple definition of the relationship between natural frequencies and the tension force of a cable. However, this theory assumes a perfectly flexible non-sagging cable pinned at its ends. These assumptions do not reflect all cases, especially when the cable is short, under low tension forces or the supports are partially flexible. Extradosed bridges, which are distinguished from cable-stayed bridges by their low pylon height, have shorter cables. Therefore the application of the conventional string taut theory to identify cable forces on extradosed bridge cables might be inadequate to identify cable forces.
In this work, numerical modelling of an extradosed bridge cable saddled on a circular deviator at pylon is conducted. The model is validated with the catenary analytical solution and its static and dynamic behaviours are studied. The effect of a saddle support is found to positively affect the cable stiffness by geometric means; longer saddle radius increases the cable stiffness by suppressing the deformations near the saddle. Further, accounting the effects of bending stiffness in the numerical model by using beam elements show considerable deviation from models with truss elements (i.e. zero bending stiffness). This deviation is manifested when comparing the static and dynamic properties. This motivates a more thorough study of bending stiffness effects on short cables.
Bending stiffness effects are studied using two rods connected with several springs along their length. Under bending moments, the springs resist the rods' relative axial displacement by the springs' transverse component. This concept is used to identify bending stiffness values by utilizing the parallel axis theorem to quantify ratios of the second moment of area. These ratios are calculated based on the setup of the springs (e.g. number of springs per unit length, transverse stiffness, etc...). The numerical model based on this concept agrees well with the theoretical values computed using upper and lower bounds of the parallel axis theorem.
The proposed concept of quantifying ratios of the second moment of area using springs as connection between cable rods is applied on an actual extradosed bridge geometry. The model is examined by comparison to the previously validated global numerical model. The two models showed good correlation under various changing parameters. This allowed further study of the effects of stick/slip behaviour between cable rods on an actual bridge geometry.
Renewable energy use is on the rise and these alternative resources of energy can help combat with the climate change. Around 80% of the world's electricity comes from coal and petroleum however, the renewables are the fastest growing source of energy in the world. Solar, wind, hydro, geothermal and biogas are the most common forms of renewable energy. Among them, wind energy is emerging as a reliable and large-scaled source of power production. The recent research and confidence in the performance has led to the construction of more and bigger wind turbines around the world. As wind turbines are getting bigger, a concern regarding their safety is also in discussion. Wind turbines are expensive machinery to construct and the enormous capital investment is one of the main reasons, why many countries are unable to adopt to the wind energy. Generally, a reliable wind turbine will result in better performance and assist in minimizing the cost of operation. If a wind turbine fails, it's a loss of investment and can be harmful for the surrounding habitat. This thesis aims towards estimating the reliability of an offshore wind turbine. A model of Jacket type offshore wind turbine is prepared by using finite element software package ABAQUS and is compared with the structural failure criteria of the wind turbine tower. UQLab, which is a general uncertainty quantification framework developed at ETH Zürich, is used for the reliability analysis. Several probabilistic methods are included in the framework of UQLab, which include Monte Carlo, First Order Reliability Analysis and Adaptive Kriging Monte Carlo simulation. This reliability study is performed only for the structural failure of the wind turbine but it can be extended to many other forms of failures e.g. reliability for power production, or reliability for different component failures etc. It's a useful tool that can be utilized to estimate the reliability of future wind turbines, that could result in more safer and better performance of wind turbines.