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Weimar Open Access

In recent years increasingly consideration has been given to the lifetime extension of existing structures. This is based on the fact that a growing percentage of civil infrastructure as well as buildings is threatened by obsolescence and that due to simple monetary reasons this can no longer be countered by simply re-building everything anew. Hence maintenance interventions are required which allow partial or complete structural rehabilitation. However, maintenance interventions have to be economically reasonable, that is, maintenance expenditures have to be outweighed by expected future benefits. Is this not the case, then indeed the structure is obsolete - at least in its current functional, economic, technical, or social configuration - and innovative alternatives have to be evaluated. An optimization formulation for planning maintenance interventions based on cost-benefit criteria is proposed herein. The underlying formulation is as follows: (a) between maintenance interventions structural deterioration is described as a random process; (b) maintenance interventions can take place anytime throughout lifetime and comprise the rehabilitation of all deterioration states above a certain minimum level; and (c) maintenance interventions are optimized by taking into account all expected life-cycle costs (construction, failure, inspection and state-dependent repair costs) as well as state- or time-dependent benefit rates. The optimization is performed by an evolutionary algorithm. The proposed approach also allows to determine optimal lifetimes and acceptable failure rates. Numerical examples demonstrate the importance of defining benefit rates explicitly. It is shown, that the optimal solution to maintenance interventions requires to take action before reaching the acceptable failure rate or the zero expected net benefit rate level. Deferring decisions with respect to maintenance not only results, in general, in higher losses, but also results in overly hazardous structures.

Cost-benefit based optimization of maintenance interventions for deteriorating structures

Cost-benefit based optimization of maintenance interventions for deteriorating structures

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.

Numerical differentiation and integration of normal distributed random discrete functions

We present a system that applies a custom-built pan-tilt-zoom camera for laser-pointer tracking in arbitrary real environments. Once placed in a building environment, it carries out a fully automatic self-registration, registrations of projectors, and sampling of surface parameters, such as geometry and reflectivity. After these steps, it can be used for tracking a laser spot on the surface as well as an LED marker in 3D space, using inter-playing fisheye context and controllable detail cameras. The captured surface information can be used for masking out areas that are critical to laser-pointer tracking, and for guiding geometric and radiometric image correction techniques that enable a projector-based augmentation on arbitrary surfaces. We describe a distributed software framework that couples laser-pointer tracking for interaction, projector-based AR as well as video see-through AR for visualizations with the domain specific functionality of existing desktop tools for architectural planning, simulation and building surveying.

Die vorliegende Diplomarbeit befasst sich mit dem Einfluss variierender Randbedingungen auf die mobilisierten Einzelwiderstände bei der numerischen Simulation von Pfahlprobe-belastungen. Pfahlprobebelastungen werden durchgeführt, um die getroffenen Annahmen bei der Bemessung der äußeren Tragfähigkeit zu überprüfen und ggf. an die vorherrschenden Baugrund¬verhältnisse anzupassen. Die in-situ Verhältnisse des Baugrundes können nur idealisiert mit empirischen oder numerischen Berechnungsalgorithmen dargestellt werden. Daher sind in Deutschland zur Bemessung von Pfählen und der Ermittlung der Pfahlwiderstände Probebelastungen nach DIN 1054 (2005) und nach Empfehlungen des (Arbeitskreis 2.1 DGGT°1998) anzuraten. Bei vergleichbarer Geologie kann auch auf Erfahrungswerte zurückgegriffen werden. Allgemein unterscheidet man zwischen statischen und dynamischen Belastungsversuchen. Bei den drei, in dieser Arbeit untersuchten, Pfahlprobebelastungen handelt es sich um statische Probebelastungen. Dabei wurden die Lasten mittels pneumatischer Pressen in den Pfahl eingeleitet. Als Widerlager dienten entweder aufliegende statische Lasten oder ins Erdreich verankerte Zugpfähle, die über Stahlträger mit der Presse verbunden waren. Im Rahmen der Arbeit wird der Einfluss einer möglichen Auflockerungszone unter dem Pfahlfuß auf die mobilisierten Einzelwiderstände und das Last-Setzungs-Verhalten untersucht. Um die Wirkung der Auflockerungszone zu untersuchen wird eine Parameterstudie durchgeführt, in deren Verlauf die geometrische Form und Größe der Zone variiert wird. Die numerischen Berechnungen werden mit der FE-Software PLAXIS 8.0 durchgeführt. Anhand des Versuchspfahles 'Al Attar Tower' werden die Einflüsse der Auflockerungszone auf das Last-Setzungsverhalten, sowie auf die Entwicklung der Einzelwiderstände untersucht. Während dieser Betrachtung wird das numerische Modell unter Verwendung der Referenz-daten der Pfahlprobebelastung kalibriert und eine Vorzugsvariante ermittelt. Danach werden die gewonnenen Erkenntnisse auf einen Bauwerkspfahl, welcher sich im gleichen Baufeld befindet und sich in den Abmessungen (Pfahllänge und Durchmesser) von dem Versuchspfahl unterscheidet, übertragen. Infolge dieses Vergleiches wird die Anwendbarkeit des numerischen Modells überprüft und gegebenenfalls an die neuen Bedingungen angepasst. Im dritten Schritt erfolgt eine Kontrolle der Ergebnisse anhand eines zweiten Vergleichs-pfahles. Bei diesem Pfahl handelt es sich um einen Bauwerkspfahl, der im Zuge einer Baumaßnahme in unmittelbarer Nähe zum Baufeld 'Al Attar Tower' hergestellt wurde. Der zweite Vergleichspfahl wurde für die Kalibrierung des numerischen Modells ausgewählt, da er sich in seiner Herstellungsart von den zwei anderen Pfählen unterscheidet. Es handelt sich eben¬falls um einen suspensionsgestützt hergestellten Bohrpfahl, beim dem allerdings eine Polymersuspension benutzt wurde. Im Weiteren Verlauf der Herstellung wurde das Bohrloch vor dem Betoniervorgang gespült, um Bohrrückstände auszuräumen. Auch diese Ergebnisse der numerischen Pfahlbelastungssimulation werden mit den zuvor gewonnenen Ergebnissen verglichen. Indessen muss sich zeigen, dass mit dem vorgestellten numerischen Modell eine ausreichend genaue Übereinstimmung der Mess- und Berechnungsergebnisse erzielt werden kann. Das heißt, das entwickelte numerische Modell kann durchaus für die Bemessung von Pfahlgründungen bei vergleichbaren geologischen Randbedingungen verwendet werden. Ferner wird die Eignung des verwendeten Stoffmodells zur Beschreibung der Verformungs- und Spannungszustände im Baugrund geprüft. Neben den numerischen Berechnungen beschäftigt sich ein weiterer Abschnitt dieser Arbeit mit empirischen Berechnungsverfahren. Darin werden die Anwendbarkeit und die Aussage-kraft dieser meist sehr einfachen Terme auf die vorherrschenden Baugrund¬ver¬hältnisse betrachtet.

Die aktuelle demografische Entwicklung bedingt offensichtlich auch Arbeiten in rauer Umgebung bis zur Rente mit 67, auch auf dem Bau. Das Thema liegt scheinbar nur am Rande des Baubetriebswesens. Doch obwohl es sozialpolitisch determiniert ist, hat es sehr konkret mit Gesundheitsschutz, Arbeitsschutz und Arbeitsgestaltung zu tun. Die fünfte Fachtagung 'Sicherheit auf Baustellen' stellt sich der Diskussion, wie das Rentenalter gesund erreichbar ist, was alle am Arbeitsschutz Beteiligten schon heute und auch in Zukunft dafür tun können, und hinterfragt kritisch, wie realistisch diese pauschale Forderung nach Arbeit bis 67 ist. Forderungen nach schlankeren Strukturen im Staat und das Streben nach Deregulierung haben auch zu Veränderungen in der Arbeitsschutzverwaltung des Freistaates Thüringen geführt, über die das Forum informiert.

Für die Bemessung und qualitative Einstufung innerstädtischer Knotenpunkte stehen verschiedene Werkzeuge und Verfahren zur Verfügung. Das Handbuch für die Bemessung von Straßenverkehrsanlagen (HBS) enthält einfach zu hand­habende Standardverfahren. Alternativ kann die Bemessung mit mikroskopischen Verkehrsflusssimulationen erfolgen, deren Erstellung jedoch sehr aufwändig und dadurch fehleranfällig ist. Um die nachteilige Komplexität der Simulationsmodelle zu umgehen, sollen standardisierte Modelle zu einer Verringerung des Arbeitsaufwands beitragen. In der vorliegenden Arbeit wird untersucht, inwieweit dem Simulationswerkzeug WebSimTra mit seinen Vereinfachungen und Beschränkungen trotzdem Zweckmäßigkeit, Korrektheit und Benutzerfreundlichkeit bescheinigt werden kann. Das Ziel der Arbeit besteht in der Herleitung einer nachvollzieh­baren Bewertung dieser Online-Simulation, wobei die Berechnungsverfahren des HBS als Vergleichsgrundlage dienen. Die Prüfung der Online-Simulation hinsichtlich der genannten Merkmale durch einen Vergleich mit dem Bemessungsverfahren des HBS setzt die Beschäftigung mit den theoretischen Grundlagen beider Verfahren voraus. Aus diesem Grund steht am Beginn der Arbeit ein Überblick über die verschiedenen Verkehrsflussmodelle, auf einzelne Theorien wird detailliert eingegangen. In einem weiteren Abschnitt wird erläutert, wie diese theoretischen Modelle in den zu unter­suchenden Bemessungsverfahren Anwendung finden. Im Anschluss daran werden Kriterien definiert, die geeignet sind, die Zweckmäßigkeit, Benutzerfreundlichkeit und Korrektheit der Online-Simulation widerzuspiegeln. Anhand des aus diesen relevanten Kriterien zusammengestellten Katalogs erfolgt am Ende der Arbeit die Bewertung der Bemessungswerkzeuge. Im darauf folgenden Abschnitt werden aus der Vielzahl von Knotenpunkten im Stadtgebiet Weimar zehn ausgewählt, die aufgrund ihrer Eigen­schaften für die Untersuchung des Knotenpunkttyps Kreisverkehr geeignet erscheinen. In einem ersten Schritt ist die Beschaffung und Aufbereitung von Verkehrsstärkezahlen notwendig. Liegen die Knoten­strommatrizen für alle Auswahlknoten vor, erfolgt die eigentliche Bemessung der Auswahlknoten mit den Verfahren des HBS und der Online-Simulation. Der letzte Abschnitt umfasst die Bewertung der Bemessungsverfahren anhand des Kriterienkatalogs sowie eine Diskussion der erzielten Ergebnisse.