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In der vorliegenden Arbeit werden auf Basis des Tensegrity-Konzeptes Strukturen entwickelt und vorgestellt, welche durch einen signifikanten Steifigkeitszuwachs in der Lage sind, die Anforderungen an die Gebrauchstauglichkeit von Tragwerken zu erfüllen.
Selbstverankerte Strukturen mit aufgelösten Druckstäben werden als Seil-Stab-Systeme bezeichnet und sind alleiniger Gegenstand aller angestellten Betrachtungen.
Tensegrity-Strukturen sollen eine Untergruppe der Seil-Stab-Systeme darstellen, deren symptomatische Eigenschaft eine sich im Tensegrity-Zustand befindliche Geometrie ist.
Einer Definition des Tensegrity-Zustandes folgt ein Überblick über die zur Untersuchung von Seil-Stab-Systemen notwendigen Berechnungsalgorithmen.
Der Kern der Arbeit beschäftigt sich zunächst mit dem Einfluss der Geometrie auf die Empfindlichkeit von Seil-Stab-Systemen gegenüber unvermeidlichen Herstellungstoleranzen sowie dem Einfluss von Topologie, Vorspannung, lokaler Steifigkeit der Elemente und Geometrie auf die Steifigkeit dieser Systeme.
Darauf aufbauend wird eine Möglichkeit gezeigt, die Steifigkeit von beweglichen Seil-
Stab-Systemen merklich zu erhöhen, ohne die Strukturen durch zusätzliche Elemente oder Verbindungen optisch zu verändern.
Der zu erzielende Steifigkeitszuwachs wird mittels Vergleichrechnungen und durchgeführten Belastungsversuchen verifiziert.
In der vorliegenden Arbeit wird das Tragverhalten und das Sicherheitsniveau axial belasteter Großbohrpfähle in den pleistozänen Kalkarenit der Küstenregion von Dubai untersucht. Zunächst wird auf der Grundlage von Ergebnissen umfangreicher Baugrundanalysen und Probebelastungen das Tragverhalten detailliert beschrieben. Anschließend wird ein auf der Finiten-Elemente-Methode basierendes Strukturmodell zur Simulation des Last-Setzungsverhaltens von Großbohrpfählen im Sinne eines numerischen Versuchsstandes entwickelt. Um herstellungsbedingte Veränderungen der Baugrundeigenschaften in der Kontaktzone Pfahl-Baugrund zu berücksichtigen, die mit boden- und felsmechanischen Elementversuchen gewöhnlich nicht erfassbar sind, werden die Größen der relevanten konstitutiven Parameterwerte iterativ mittels inverser Optimierungsstrategien bestimmt. Abschließend wird eine methodische Vorgehensweise aufgezeigt, wie das Sicherheitsniveau axial belasteter Großbohrpfählen unter Berücksichtigung der räumlichen Variabilität der Baugrundeigenschaften zuverlässig abgeschätzt werden kann.
Wayfinding Situations
(2009)
Wayfinding, which is the task of getting from some origin to a destination, is one of the primary spatial problems humans encounter in everyday life. When we wayfind, we act in the environment based on the structure and features of the environment, set against a background of knowledge which is generally understood as having visual characteristics. As mobile and wireless technologies proliferate in urban space it can be considered as having an existence in terms of several spaces, those of places that make up our direct perceptual experience and those of the digital devices and networks that facilitate communication, which are primarily non-visual in nature. This thesis will extend existing work on perception and action in urban space to investigate the role of mobile and ubiquitous technologies in wayfinding and environmental legibility, or more literally how we orientate and find our way in space when we experience it both with and through technology. In order to do this, the research takes the approach of considering wayfinding as a situated activity that takes place against a rich and articulated background of experiences and social connections. Through a series of empirical studies the concept of wayfinding situations is explored from two different perspectives. The first study investigates the relationship between an individual and technology as they act in environmental settings, by comparing learning for a spatial task depending on whether the individual accesses a map or a mobile map to make judgements. The second study seeks to understand the relationship between individual and environment as they act in technological settings, and focuses on the perception and action in space as affected by wireless technologies. The combined outcome of these two empirical studies provides the basis for the definition of a richer and more differentiated concept of wayfinding situations. This informs the final stage of the research in which an applied response is proposed to supporting wayfinding in a specific urban scenario, where the aim is to embed the technology into the spatial setting.
In a historical perspective, the relationship between digital media and the museum environment is marked by the role of museums as example use cases for the appli- cation of digital media. Today, this exceptional use as an often technology oriented application has changed and instead digital media have turned into an integral part of mediation strategies in the museum environment. Alongside with this shift not only an increasing professionalization of application development but also a grow- ing demand for new content can be observed. Comparable to its role as the main cost factor in the media industry, the production of content rises to a challenge for museums. In particular small and medium scale european museums with limited funding and an often low level of staff coverage face this new demand and strive therefore for alternative production resources. While productive user contributions can be seen as such an alternative resource, user contributions are at the same time a manifestation for a different mode of in- teracting with content. In contrast to the dominantly passive role of audiences as re- ceivers of information, productive contributions emerge as a mode of content ex- ploration and become in this regard influential for museum mediation strategies. As applications of user contributions in museums and cultural heritage are currently rather seldom, a broader perspective towards user contributions becomes necessary to understand its specific challenges, opportunities and limitations. Productive user contributions can be found in a growing number of applications on the Internet where they either complement or fully substitute corporate content production processes. While the Wikipedia1, an online encyclopedia written entirely by a group of users and open to contributions by all its users, is one of the most prominent examples for this practice, several more applications emerged or are be- ing developed. In consequence user contributions are about to become a powerful source for the production of content in digital media environments.
Für die Sanierung von Bauwerken werden meist Informationen über die innere Struktur und den Aufbau, Belastungszustände, Feuchte- und Salzgehalte benötigt. Die Untersuchung mit zerstörungsarmen und -freien Methoden minimieren die dazu nötigen Eingriffe. Ebenfalls bieten die ZfP-Verfahren die Möglichkeit, den Erfolg einer Maßnahme zu kontrollieren sowie Prozesse über einen langen Zeitraum zu beobachten (Monitoring). Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der zerstörungsfreien Untersuchung von inneren Strukturen und des Aufbaus von Mauerwerk mittels Ultraschall und Radar. Der untersuchte Querschnitt wird tomografisch rekonstruiert. Diese Darstellungsart bietet den Vorteil der Tiefenbestimmung von Objekten und der besseren Visualisierung für Auftraggeber und/oder Laien. Es wurden die Laufzeiten der Longitudinalwellen rekonstruiert. Die Frequenzen der Ultraschalluntersuchungen lagen bei 25 kHz sowie 85 kHz und der Radaruntersuchungen bei 900 MHz sowie 1,5 GHz. Die Rekonstruktion erfolgte mit dem Tomografieprogramm “Geo-Tom“, welches auf der Grundlage des SIRT-Algorithmus arbeitet. Die untersuchten Querschnitte beinhalteten Anomalien bestehend aus Luft, Granit, Holz und Mörtel. Die Abmaße der Anomalien lagen zwischen 10-27 cm bezogen auf einen Querschnitt von 0,76 x 1,0 m. Eine Ortung der Anomalien war möglich, wenn diese eine Laufzeitveränderung von mindestens der Größe des Messfehlers bewirken. Die Größe dieser Laufzeitdifferenz ist abhängig von den Abmaßen der Anomalie und dem Kontrast der elektromagnetischen bzw. akustischen Eigenschaften zwischen Anomalie und umgebenden Material. Eine Aussage über die Größe der Anomalie ist möglich, jedoch kann auf die Form nur bedingt geschlussfolgert werden. Des Weiteren kann durch den Vergleich der beiden Verfahren ein Rückschluss auf die möglichen Materialien der Anomalie gezogen werden.
Objektorientierte Bauwerksmodelle sind derzeit Gegenstand umfangreicher Foschungsaktivitäten zur rechnerinternen Verwaltung bauwerksbezogener Informationen. Ein in diesem Rahmen diskutierter Ansatz ist die Realisierung eines virtuellen rechnerinternen Bauwerks in Form eines variablen Verbundes fachspezifischer objektorientierter Modelle. Diese Organisationsform der rechnerinternen Repräsentation eignet sich einerseits aufgrund ihrer Flexibilität sehr gut für eine lebensphasenübergreifende Fortschreibung als digitale Bauwerksakte. Eine solche Bauwerksakte bildet eine wichtige Informationsgrundlage für die Planung von Instandhaltungs-, Modernisierungs-, \Umbau- oder Erweiterungsmaßnahmen in späteren Lebensphasen des Bauwerks. Andererseits erschwert die dezentrale Organisationsform des Modellverbundes jedoch die Informationssuche, was in erster Linie durch das Vorhandensein multipler Repräsentationen einzelner Realweltobjekte sowie die Komplexität der am Verbund beteiligten Modellschemata bedingt ist. Gegenstand der vorliegenden Arbeit ist die Entwicklung eines generischen Systemkerns als Basis für eine projektbezogen konfigurierbare Informationsumgebung, die insbesondere in frühen Projektphasen einen handhabbaren Zugang zu den im Modellverbund verwalteten Informationen bereitstellen kann. Der vorgeschlagene Lösungsansatz erweitert den Modellverbund um eine Erschließungsstruktur, in der die einzelnen Elemente der individuellen baulich-räumlichen Struktur durch eindeutige Identifikatoren vertreten werden. Mit den Identifikatoren werden jeweils die fachspezifischen Repräsentationen des Objektes verknüpft und sind somit von einem zentralen Einstiegspunkt aus erreichbar. Der generische Systemkern definiert eine objektorientierte Datenstruktur zur Verwaltung der jeweils projektbezogen auszuprägenden Erschließungsstruktur. Die Interaktion mit dem erschlossenen Informationsraum erfordert eine entsprechende Nutzerschnittstelle, die in der Lage ist, nicht vorhersehbaren, spontan entstehenden Informationsbedarf zu bedienen. Darüber hinaus soll sie konfigurierbar sein bezüglich der unterstützten Suchstrategien. Der Lösungsansatz sieht eine hierarchische Organisationstruktur der Nutzerschnittstelle vor, die eine modulare Erweiterung ermöglicht. Ein entsprechender Kern der Nutzerschnittstelle wird als objektorientiertes Framework spezifiziert. Die Erschließungsstruktur und die Nutzerschnittstelle werden unter Anwendung des objektorientierten Paradigmas entwickelt und mit Hilfe einer formalen Notation auf implementierungsunabhängiger Ebene beschrieben. Anhand exemplarischer Umsetzungen kritischer Systemteile wird die prinzipielle Realisierbarkeit des beschriebenen Systems nachgewiesen.
Theory and application of optimization strategies for the design of seismically excited structures
(2009)
The study introduces into the theory and application of optimization strategies in earthquake engineering. The optimization algorithm substitutes the intuitive solution of practical problems done by the engineer in daily practice, providing automatic design tools and numerical means for further exploration of the design space for various extremum states. This requires a mathematical formulation of the design task, that is provided for typical seismic evaluations within this document. Utilizing the natural relation between design and optimization tasks, appropriate mechanical concepts are developed and discussed. The explanations start with an overview on the mechanical background for continua. Hereby the focus is placed on elasto-plastic structures. The given extremum formulations are treated with help of discretization methods in order to obtain optimization problems. These basics are utilized for derivation of programs for eigenvalue and stability analysis, that are applied in simplified linear analysis for the design of seismically excited structures. Another focus is set on the application in simplified nonlinear design, that uses limit state analyses on the basis of nonlinear problem formulations. Well known concepts as the response and pushover analysis are covered as well as alternative strategies on the basis of shakedown theory or cycle and deformation based evaluations. Furthermore, the study gives insight into the application of optimization problems in conjunction with nonlinear time history analyses. The solution of step-by-step procedures within optimization algorithms is shown and aspects of dynamic limit state analyses are discussed. For illustration of the great variety of optimization-based concepts in earthquake engineering, several specialized applications are presented, e.g. the generation of artificial ground motions and the determination of reduction coefficients for design spectrum reduction due to viscous and hysteretic damping. As well alternative strategies for the design of base isolated structures with controlled impact are presented. All presented applications are illustrated with help of various examples.
Die Architekten, Künstler und Designer des Bauhauses prägten mit neuem gestalterischen Geist eine unverwechselbare Bauhaus-Handschrift. Ausgehend von Weimar schrieben sie sich damit in die Weltkulturgeschichte ein. Nachdem das Bauhaus 1933 dem Nationalsozialismus in Deutschland zum Opfer gefallen war, lebten Idee und Praxis des Bauhauses mit den emigrierenden Lehrern und Schülern im Ausland weiter. Weltweit existieren noch heute Gebäude, Produkte und Kunstwerke, die durch das Bauhaus entstanden sind, von ihm inspiriert wurden oder darauf Bezug nehmen. Mit dem Projekt ImpulsBauhaus versuchen Jens Weber und Andreas Wolter, die weltweite Verbreitung und Einflussnahme des Bauhauses anhand der Beziehungen, Bewegungen und Werke seiner Vertreter bis in die Gegenwart nachvollziehbar zu machen. Das Projekt besteht aus zwei Teilen. Die ImpulsBauhaus-Forschungsplattform ist eine Datenbank, in der Informationen über Bauhaus-Vertreter gesammelt und mithilfe von Analysetools und Visualisierungsinstrumenten ausgewertet werden können. Der zweite Teil besteht aus einer räumlichen Inszenierung der Informationsbestände – der ImpulsBauhaus-Ausstellung. Ausgangspunkt des Projekts ImpulsBauhaus war neben dem kunstwissenschaftlichen Interesse die Frage, wie mit heutigen digitalen Mitteln große Informationsmengen verwaltet, analysiert und visualisiert werden können.
Weiterführende Informationen zum Projekt finden sich auf der Website http://impuls-bauhaus.de, wo auch interessierte Wissenschaftler und Autoren Zugang zur ImpulsBauhaus-Forschungsplattform erhalten.
Carl Heinrich Ferdinand Streichhan prägte zwischen 1848 und 1884 als Oberbaudirektor maßgeblich das Baugeschehen im Großherzogtum Sachsen-Weimar-Eisenach. Beauftragt mit für die zweite Hälfte des 19. Jahrhunderts typischen staatlichen Bauaufgaben, hinterließ er als Architekt ein zwar nicht sehr umfängliches, jedoch facettenreiches und zumindest regional bedeutendes Werk. Geprägt wurde seine Baugesinnung durch die dem Schinkel´schen Vorbild und einem spezifischen, selektiven Historismus verpflichtete, sogenannte Berliner Schule, der Streichhan zeit seines Berufslebens eng verbunden blieb. Neben einer Würdigung des Oeuvres fokussiert die Arbeit auf das weitgefächerte Aufgabenspektrum eines leitend im Staatsdienst tätigen „Bautechnikers“, das – wie zeitgenössisch üblich – sowohl konstruktiv planende als auch vielfältige administrative Tätigkeiten, ingenieurtechnische Leistungen ebenso wie baukünstlerische umfasste. Streichhans Bildungsweg, Laufbahn und berufliches Selbstverständnis sind für den Baubeamten des (mittleren) 19. Jahrhunderts ebenso typisch wie schließlich, infolge beschleunigter Wandlungsprozesse ab 1871, nicht mehr zeitgemäß: Im Kontext tiefgreifender Umwälzungen veränderten sich auch die Handlungsfelder der Architekten und die Bedingungen architektonischen Schaffens, wie Streichhans Wirken paradigmatisch belegt.
From a macroscopic point of view, failure within concrete structures is characterized by the initiation and propagation of cracks. In the first part of the thesis, a methodology for macroscopic crack growth simulations for concrete structures using a cohesive discrete crack approach based on the extended finite element method is introduced. Particular attention is turned to the investigation of criteria for crack initiation and crack growth. A drawback of the macroscopic simulation is that the real physical phenomena leading to the nonlinear behavior are only modeled phenomenologically. For concrete, the nonlinear behavior is characterized by the initiation of microcracks which coalesce into macroscopic cracks. In order to obtain a higher resolution of this failure zones, a mesoscale model for concrete is developed that models particles, mortar matrix and the interfacial transition zone (ITZ) explicitly. The essential features are a representation of particles using a prescribed grading curve, a material formulation based on a cohesive approach for the ITZ and a combined model with damage and plasticity for the mortar matrix. Compared to numerical simulations, the response of real structures exhibits a stochastic scatter. This is e.g. due to the intrinsic heterogeneities of the structure. For mesoscale models, these intrinsic heterogeneities are simulated by using a random distribution of particles and by a simulation of spatially variable material parameters using random fields. There are two major problems related to numerical simulations on the mesoscale. First of all, the material parameters for the constitutive description of the materials are often difficult to measure directly. In order to estimate material parameters from macroscopic experiments, a parameter identification procedure based on Bayesian neural networks is developed which is universally applicable to any parameter identification problem in numerical simulations based on experimental results. This approach offers information about the most probable set of material parameters based on experimental data and information about the accuracy of the estimate. Consequently, this approach can be used a priori to determine a set of experiments to be carried out in order to fit the parameters of a numerical model to experimental data. The second problem is the computational effort required for mesoscale simulations of a full macroscopic structure. For this purpose, a coupling between mesoscale and macroscale model is developed. Representative mesoscale simulations are used to train a metamodel that is finally used as a constitutive model in a macroscopic simulation. Special focus is placed on the ability of appropriately simulating unloading.