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- 2004 (220) (remove)
Grundidee der Arbeit ist es, Lösungen von Randwertaufgaben durch Linearkombinationen exakter klassischer Lösungen der Differentialgleichung zu approximieren. Die freien Koeffizienten werden dabei durch die Bestimmung der besten Approximation der Randwerte berechnet. Als Basis der Approximation werden vollständige orthogonale und nahezu orthogonale Funktionensysteme verwendet. Anhand ausgewählter Beispiele mit Randvorgaben unterschiedlicher Glattheit wird am Beispiel der Kugel die prinzipielle Anwendbarkeit der Methode getestet und hinsichtlich der Entwicklung des Fehlers der Näherungslösung, der Stabilität des Verfahrens und des numerischen Aufwandes untersucht. Die erhaltenen Resultate geben einen begründeten Anlass, die Anwendung der Methode als Bestandteil einer hybriden analytisch-numerischen Methode, insbesondere der Verknüpfung mit der FEM, weiterzuverfolgen.
Seit ihren Anfängen im ausgehenden 19. Jh. ist der brandenburgischen Hausforschung ein Phänomen in der Entwicklung des ländlichen Wohnhauses bekannt, das in der vorliegenden Arbeit als Typenwandel bezeichnet wird: Zahlreiche Landschaften der ehemaligen Kurmark Brandenburg wurden bis in das 18. Jh. hinein von einem giebelständigen Haustyp - dem sogenannten Märkischen Mittelflurhaus - geprägt. Im Verlauf des 18. und 19. jh. wurde dieser von einem traufständigen Haustyp - dem sogenannten Mitteldeutschen Ernhaus - >verdrängt<. Dieser Typenwandel ist wie jeder Wandel einer tradierten Hausform auf einen Komplex verschiedener Faktoren und Einflussgrößen zurückzuführen. Über diese Faktoren und Einflussgrößen bestehen in der bisherigen regionalen Hausforschung folgende Thesen: Zum einen wird angenommen, dass das Vorbild der im Rahmen der friderizianischen Kolonisation seit der Mitte des 18. Jh. zahlreich erbauten, traufständigen Kolonistenhäuser diesen Typenwandel beeinflusst oder ausgelöst habe. Zum anderen seien die baupolizeilichen Vorschriften und der Einfluss der preußischen Landbauschule - vertreten durch das Oberbaudepartement - ein auslösender oder beschleunigender Faktor gewesen. Aufgabe der Untersuchung ist es, diese Thesen anhand eines geeigneten Untersuchungsgebietes zu diskutieren. Als solches eignete sich das Oderbruch insbesondere, weil es das größte zusammenhängende Siedlungsgebiet auf deutscher Seite darstellt, das unter der Regentschaft Friedrichs des Großen kolonisiert wurde, und seine allmähliche Trockenlegung seit der Mitte des 18. Jh. von intensiven obrigkeitlichen Eingriffen begleitet war. Mit der zusätzlichen Abgrenzung der untersuchten Hausformen auf diejenigen der ländlichen Mittelschicht, d.h. auf die Häuser der Bauern, Fischer und Kossäten, basiert die zentrale stratigrafische Untersuchung des Wandlungsprozesses einerseits auf durch die Autorin selbst erarbeiteter Bauforschung am rezenten Hausbestand und andererseits auf der Auswertung umfangreichen Archivmaterials. Der durch zahlreiche Übergangsformen nachweisbare Prozess der Herausbildung des jüngeren Haustyps aus dem älteren Haustyp heraus widerlegt die bisherige Annahme, dass der Typenwandel lediglich eine Grenzverschiebung zwischen den geografischen Verbreitungsgebieten zweier frühneuzeitlicher Haustypen gewesen sei. Die archivalische Überlieferung zur friderizianischen Kolonisation, zum ländlichen Baugeschehen im ausgehenden 18. und beginnenden 19. Jh. sowie zur obrigkeitlichen Reglementierung des >Unterthanenbauwesens< erbringt den eindeutigen Nachweis, dass weder das Vorbild der Kolonistenhäuser noch irgendeine Form der obrigkeitlichen Einflussnahme für den Wandel vom giebelständigen zum traufständigen Haustyp von Bedeutung waren. Vielmehr erweisen sich die Auswirkungen der Agrarreformen auf die bäuerlichen Betriebe als der ausschlaggebende Faktor für den Typenwandel. Die bisher angewandten Begriffe zur Bezeichnung der Haustypen stellen sich im Ergebnis der Untersuchung nicht nur als irreführend sondern falsch heraus. Die Arbeit eröffnet deshalb eine Debatte zur Neudefinition der Typenbegriffe innerhalb der regionalen Hausforschung.
Wechselwirkung zwischen Baugrundmodell und Gründungsentwurf am Beispiel eines Maschinenfundaments
(2004)
Die Beschreibung und Modellierung des Baugrundes erweist sich aufgrund seiner Genese als schwierig. Diese Tatsache soll am Beispiel eines Gründungsentwurfs, durch die Gegenüberstellung zweier unterschiedlicher Modellansätze demonstriert werden. In diese Betrachtung gehen zum einen "Subjektive Schätzungen" und zum anderen "[Geo]Statistische Baugrundmodelle" ein. Die Bemessung erfolgt anhand einer identischen Ausgangsdatenbasis. Im Ergebnis zeigen sich große Abweichungen zwischen beiden Modellansätzen, die sich auf unterschiedlichen Umgang mit den streuenden Baugrundkenngrößen zurückführen lassen. Die streuenden Baugrundkenngrößen werden bei den "Subjektiven Schätzungen" durch einen einzigen, ungünstig wirkenden Kennwert repräsentiert, der die Eigenschaften eines Homogenbereichs beschreibt. Bei den "[Geo]Statistischen Baugrundmodellen" werden die Baugrundkenngrößen in ihrer Streubreite erfasst, ausgewertet und mit der Monte-Carlo-Simulation in der Grenzzustandsfunktion berücksichtigt.
Der Einsatz von CAD-Applikationen hat die Planungsarbeit im Bauwesen entscheidend verändert. In der Entwurfsplanung sind die Änderungen bereits deutlich erkennbar. Seit der Anwendung von dreidimensionalen Planungswerkzeugen kann der Bauherr das Bauwerk in seiner virtuellen Gesamtheit am Computer betrachten und bewerten. Dies bietet viele Vorteile. So ist der Planer gezwungen alle wesentlichen Details a priori exakt zu planen, wodurch viele Fehler vermieden werden können. Dies bietet insbesondere für Planungen in Baubetrieben, z.B. im Rahmen der Arbeitsvorbereitung, neue Einsatzmöglichkeiten.
Zwischen den Jahren 1920 und 1930 kam es an der kalifornischen Küste zu Bauschäden an Brücken und Fahrbahnen, die sich vor allem in einer deutlichen Rissbildung äußerten. Seither werden immer wieder Bauschäden beschrieben, deren Ursache in der Reaktion von Zuschlägen, die „reaktive“ Kieselsäure enthalten, mit der Porenlösung des Betons zu sehen ist. Diese Reaktion wird als Alkali-Kieselsäure Reaktion (AKR) bezeichnet. Seit der ersten Veröffentlichung von Stanton über die „alkali-aggregate reaction“ an opalhaltigen Zuschlägen sind hunderte von Forschungsarbeiten zu diesem Thema durchgeführt und deren Ergebnisse veröffentlicht worden. Trotz eingehender Forschung seit mehr als 8o Jahren ist weder der Mechanismus der AKR vollständig geklärt noch eine eindeutige Voraussage über die Gefährdung von Bauwerken oder Bauteilen mit potentiell AKR-empfindlichen Zuschlägen möglich. Das liegt vor allen Dingen daran, das es sich bei der AKR um eine Reaktion handelt, die aus einer komplexen Abfolge chemischer und physikalischer Prozesse besteht, die in ihrer Gesamtheit zu einer Schädigung von Beton bzw. Betonbauteilen und Bauwerken führen können. Eine geschlossene Beschreibung und Behandlung dieser Reaktion ist nicht möglich, solange keine befriedigende Kenntnis über den Ablauf der einzelnen Schritte vorliegt. Dazu bedarf es grundsätzlicher Untersuchungen der einzelnen chemischen und physikalischen Reaktionsschritte sowie einer möglichst quantitativen Bewertung der verschiedenen Einflussfaktoren. Grundsätzlich gibt es weltweit eine ganze Reihe von Richtlinien und Normen , die dazu verhelfen sollen, Schädigungen an Bauwerken durch AKR zu verhindern. In Deutschland ist das momentan gültige Regelwerk die sogenannte Alkali-Richtlinie des deutschen Ausschusses für Stahlbeton (DAfStb). Sie dient zur Beurteilung von Zuschlag nach DIN 4226 [6, 7, 8] mit alkaliempfindlichen Bestandteilen. Dabei bezieht sich der Teil 2 der Richtlinie auf Zuschläge mit Opalsandstein, Kieselkreide und Flint aus bestimmten Gewinnungsgebieten. Hier wird eine reine Zuschlagprüfung gefordert. Teil 3 der Richtlinie bezieht sich auf präkambrische Grauwacken und andere alkaliempfindliche Gesteine. Gefordert werden hier Prüfungen der Zuschläge selbst sowie Prüfung an Betonbalken und 30er Würfeln in der Nebelkammer. Für die meisten in der Richtlinie genannten Zuschläge bilden die Prüfungen und Vorschriften eine ausreichende Sicherheit, um eine AKR zu vermeiden. Dennoch treten immer wieder Schäden mit Zuschlägen auf, die nach der Alkali-Richtlinie als unempfindlich eingestuft werden müssten. Dabei handelt es sich in der Regel um Schadensfälle, die erst nach mehreren Jahren mit spät reagierenden AKR-empfindlichen Zuschlägen auftreten. Zu diesen Zuschlägen, die gegebenenfalls speziell im Nebelkammertest innerhalb von neun Monaten keine signifikante Dehnung (<0,6mm/m) aufweisen, gehören Stressquarze, Kieselkalk, Granit, Porphyr, Kieselschiefer und Grauwacke. Die vorliegende Arbeit dient speziell der Beurteilung und Einordnung von unterschiedlichen kristallinen Quarzmodifikationen sowie der Ermittlung geeigneter Untersuchungsmethoden für die Beurteilung der AKR-Empfindlichkeit von Quarz.
Die ein- und zweidimensionale numerische Berechnung der Fließvorgänge in offenen Gerinnen findet zunehmend auch Anwendung in der Modellierung immer komplexerer Prozesse im unter Anderem im Bereich der Ökosystemmodellierung in Gebirgs- und Mittelgebirgsbächen. In diesem Bereich existieren zurzeit noch Probleme hinsichtlich der hydraulischen Prognoserechnungen. Neben den numerischen Grundlagen werden die Abhängigkeiten des Strömungsfeldes von der Rauheitsstruktur der Sohle und der Überdeckungshöhe behandelt. Zur Untersuchung der Fließwiderstandsgleichungen wurden Laborversuche in einer Versuchsrinne durchgeführt. Es wird gezeigt, dass der üblicherweise verwendete Ansatz des mittleren Sohlgefälles bei der Berechnung der Sohlschubspannungsgeschwindigkeit u* in Stufen-Becken-Sequenzen nicht zulässig ist. Stattdessen ist es erforderlich, die lokalen Energieliniengefälle zu bestimmen und einzusetzen. Die Anwendung der aus der Literatur bekannten Ansätze zur Beschreibung des Fließwiderstandes führt zu keinen befriedigenden Ergebnissen und wird ausführlich diskutiert. In der Untersuchung der verschiedenen Fließwiderstandsbeziehungen zeigte sich, dass insbesondere die ungenügende Beschreibung der Rauheitstruktur der Sohloberfläche durch einen charakteristischen Korndurchmesser des Sohlmaterials als unzureichend anzusehen ist. Hinsichtlich der Beschreibung rauer Oberflächenstrukturen wurde ein einfacher Segmentierungsalgorithmus entwickelt, der es erlaubt, komplizierte Oberflächenstrukturen zu vereinfachen und über die Standardabweichung abschnittsweise Rauheiten zuzuweisen. Dieses Verfahren wird in einem zweidimensionalen hydraulischen Modell eingesetzt. Hierdurch wird für die Wassertiefenbestimmung als auch für die Fließgeschwindigkeitsbestimmung eine Berücksichtigung der speziellen topographischen Verhältnisse ermöglicht.
Gegenstand dieser Arbeit ist es zu zeigen, ob die Anwendung der Methode der Finiten Elemente für die Berechnungen von aussteifenden Wandkonstruktionen in Holzrahmen- bzw. Holztafelbauweise richtige und verallgemeinerbare Ergebnisse liefert und damit: · zur Bemessung von Konstruktionen dienen kann, · die Nachrechnung bestehender Konstruktionen mit von der Norm abweichenden Ausführungsdetails erlaubt und · einen Ersatz für 1:1-Versuche an Wandscheiben darstellt. Die Ergebnisse lassen sich wie folgt zusammenfassen: Unter den derzeitigen Bedingungen stellt die Methode der Berechnung mit Finiten Elementen für die Bemessung von Ein- und Zweirastertafeln, vor allem für die bautechnische Praxis, keine sinnvolle Alternative zu den in den Normen genannten Berechnungsverfahren dar. Für Ein- und Zweirastersysteme sind die Nachweisverfahren der DIN 1052 bzw. des Eurocode 5 ausreichend. Sie können durch das Berechnungsverfahren nach KESSEL sinnvoll ergänzt werden. Die Drucklastverteilung in den Vertikalrippen wird jedoch nur unzureichend erfasst. Für Konstruktionen wie die in dieser Arbeit untersuchte Mehrrastertafel stehen derzeit keine geeigneten Berechnungsverfahren zur Verfügung. Die Anwendbarkeit der FE-Methode für die Nachrechnung bestehender Konstruktionen mit von der Norm abweichenden Konstruktionsdetails konnte in dieser Arbeit nicht nachgewiesen werden. Für die FE-Modellbildung von Wandscheiben des Holzrahmenbaus wurden verschiedenen Detaillösungen gezeigt. Es wurde gezeigt, welche Konstruktionsdetails der Wandscheiben signifikante Auswirkungen auf das Gesamttragverhalten haben. Die FE-Methode kann in der in dieser Arbeit verwendeten Form zur Vorbereitung von Versuchen an 1:1-Modellen dienen und wertvolle Hinweise zum Einfluß verschiedener Konstruktionsdetails auf das Gesamttragverhalten der Wandtafel liefern, um gezielt Veränderungen vornehmen zu können. Insofern stellen Berechnungen mit der FE-Methode eine sinnvolle Ergänzung dar.
Gegenstand der Arbeit ist die Untersuchung der bei der Herstellung von Branntkalk-Boden-Säulen auftretenden thermischen Effekte und ihres Einflusses auf Wasser- und Wasserdampftransporte im Boden. Die Erwärmung beruht vorrangig auf einer chemischen Reaktion, bei der das dem Boden zugemischte Calciumoxid mit Bodenwasser unter Freisetzung von Wärmeenergie zu Calciumhydroxid reagiert. Hierzu wurden zunächst die thermischen Eigenschaften feinkörniger Böden und ihre Beeinflussung durch das Herstellen des Bindemittel-Boden-Gemisches in situ untersucht. Weiterhin wurden Untersuchungen zum zeitlichen Verlauf der chemischen Reaktion und zur Größe der dabei freigesetzten Reaktionswärme vorgenommen. Mit dem Vorhaben, die mit der Säulenherstellung einhergehenden Temperaturfeldänderungen zu erfassen, wurden danach die thermischen Anfangs- und Randbedingungen des Bodens und der Bodenoberfläche untersucht und festgelegt. Anschließend wurden die zeitabhängigen Temperaturfeldänderungen auf der Grundlage der Wärmeübertragung durch Wärmeleitung mit Hilfe des Finite-Elemente-Methode Programms Ansys® 6.1 numerisch simuliert. Das Finite-Elemente-Modell wurde durch die Nachrechnung von Feldversuchen verifiziert. Im Rahmen der Finite-Elemente-Berechnungen wurde die infolge der Hydratation des Branntkalkes stattfindende Erwärmung des Bindemittel-Boden-Gemisches und des angrenzenden Bodens simuliert und hinsichtlich relevanter Einflussgrößen überprüft. Untersucht wurde der Einfluss herstellungsbedingter Faktoren wie Bindemittelkonzentration, Säulendurchmesser und Säulenanordnung sowie der Einfluss natürlicher Faktoren wie Trockendichte und Sättigungsgrad des Bodens. Die mit Hilfe der Finite-Elemente-Methode ermittelten zeitabhängigen, im Boden auftretenden Temperaturgefälle bilden die Grundlage für die Untersuchung der thermisch bedingten Wassertransportvorgänge in der Stabilisierungssäule und deren Umfeld. Zu diesem Zweck wurde die durch die Temperaturfeldbeeinflussung geänderte energetische Situation des Bodenwassers analysiert. Auch nicht-thermische, infolge der Säulenherstellung auftretende Effekte wie die durch den >Stopfeffekt< bedingte lokale Sättigungsänderung und die Beeinflussung des osmotischen Potentials einschließlich der daraus resultierenden Wasserbewegungen wurden berücksichtigt. Alle thermisch verursachten Wasser- und Dampfflüsse bewirken ein Abströmen von Porenwasser aus dem stabilisierten Erdkörper in den umliegenden Boden. Baupraktisch bleiben die durch thermische Einflüsse hervorgerufenen Wassertransportvorgänge aufgrund ihres geringen Betrages jedoch unbedeutend. In abschließenden Temperaturfeldberechnungen wurden die thermischen Bodenkennwerte an die sich zeitlich verändernde Wassersättigung des Bodens angepasst. Anhand der ermittelten Temperaturverläufe wurde aufgezeigt, dass der Einfluss der Sättigungsänderung auf die Berechnungsergebnisse sehr gering ist, und damit die Voraussetzung für die vorangegangene entkoppelte Betrachtung des Wärme- und Massestromes erfüllt ist. Aufgrund dieser Ergebnisse muss der mehrfach in der Literatur zitierte, auch mit der tiefgründigen Bodenstabilisierung in Zusammenhang gebrachte, Einfluss der Erwärmung auf die Verdunstung des Bodenwassers kritisch betrachtet und in Frage gestellt werden. Voraussetzung hierfür ist der Transport von Wasser an die Bodenoberfläche. Nennenswerte, auf Temperatureinflüssen beruhende Wasserbewegungen sind, wie die Berechnungsergebnisse gezeigt haben, nicht zu erwarten. Weitere Untersuchungen zur Festigkeitsentwicklung von Branntkalk-Boden-Säulen und deren Vorhersage sollten sich daher auf die mechanischen Effekte und auf die mineralogisch-chemischen Prozesse, wie die puzzolanischen Reaktionen, und die Möglichkeiten ihrer Prognose konzentrieren. Die Berechnungen haben gezeigt, dass die Temperaturentwicklung in der Stabilisierungssäule im Wesentlichen durch die Bindemittelkonzentration, und ihr Auskühlungsverhalten vorrangig durch ihre geometrischen Abmessungen bestimmt wird. Diese Sachverhalte sind von den Bodenparametern, der für die Stabilisierung in Frage kommenden Böden, weitestgehend unabhängig. Temperaturmessungen stellen daher ein geeignetes Mittel zur Qualitätssicherung bei der Herstellung von Branntkalk-Boden-Säulen dar, mit deren Hilfe sich Inhomogenitäten bei der Bindemittelverteilung oder Störungen beim Hydratationsvorgang (Ablöschen des Branntkalkes) nachweisen lassen. Entsprechende Hilfsmittel wurden angegeben.
Variantenuntersuchung für eine dauerhafte Bahndammsanierung unter zu Hilfenahme numerischer Methoden
(2004)
Das Ziel der Arbeit war es, die Standsicherheit eines Bahndammes im Vergleich der in Deutschland gültigen Vorschriften (DIN 1054 und Eurocode 7) zu untersuchen. Sollte sich dabei herausstellen, dass der Bahndamm in der gegebenen Situation die Standsicherheitsanforderungen nicht erfüllt sollten verschiedene Sanierungsvarianten vorgeschlagen und für eine Vorzugsvariante die wichtigsten Nachweise durchgeführt werden. Zunächst wurden die Allgemeinen Grundlagen der zur Zeit in Deutschland gültigen Vorschriften erläutert und anschließend auf das konkrete Projekt bezogen gegenübergestellt. Es stellte sich heraus, dass die Anforderungen an die Standsicherheit bei Berechnung nach beiden Vorschriften nicht erfüllt werden konnten. Somit war es notwendig für die gegebene Situation mögliche Sanierungsvorschläge zu entwickeln. Diese wurden anschließend kurz vorgestellt und erläutert. Schließlich wurden für die Vorzugsvariante die wichtigsten Nachweise im Vergleich der Vorschriften (DIN 1054 und Eurocode 7) durchgeführt und verglichen.
There exists a big gap between the capabilities of current 3D-CAD applications and their actual usage in practice. Many architects and planners still prefer to draft in 2D because the benefits of 3D modeling are difficult to explain. This presentation offers a basis to view the 3D building model not merely as the source for 2D plan generation. By adding extra dimensions like Time and Cost to the 3D building model it becomes possible to generate dynamic information on building construction progress with regards to used material, resources and cost. These additional benefits are key elements to many planners and contractors and may therefore widen the acceptance of 3D building modeling in general.
In this Paper, we explored the relation between the electricity consumption in residential sector and the automobile energy consumption in transportation sector in accordance with the location of city by employing Geographic Information System (GIS). We found in the study that the electricity consumption per capita has a tendency that is higher in city center and lower in suburbs in Utsunomiya city. It is also noted that there is little difference among total consumption between city center and suburbs, despite the fact that the density of electric appliances tends to increase in a small size house of city center and the amount of automobile energy consumption from residence is lower in city center than in suburbs.
Digital maps are very easily applied as route guide maps. Route guide maps are provided through Web or a mobile phone services, and demand for such services is increasing. However, the production of a route guide map requires a great deal of time. Therefore, it is difficult for general users to make route guide maps. The purpose of the present research is the development of a system that can generate a route guide map using the Digital Map 2500 (Spatial Data Framework) published by the Geographical Survey Institute. This system will not require advanced equipment or expert knowledge. Therefore, anyone can produce route guide maps easily and quickly. By using the Digital Map 2500, the time and cost required in order to generate a map are reduced. Moreover, a useful route guide map can be created by simplifying the map form based on the human cognitive map.
A large-scale computer modeling and simulation method is presented for environmental flows in urban area. Several GIS and CAD data were used for the preparation of shape model and an automatic mesh generation method based on Delaunay method was developed. Parallel finite element method based on domain decomposition method was employed for the numerical simulation of natural phenomena. The present method was applied to the simulation of flood flow and wind flow in urban area. The present method is shown to be a useful planning and design tool for the natural disasters and the change of environments.
The paper introduced the research and application of the highway construction management information integrated system. Explained the development and application of highway survey applet run on mobile telephone supporting Java and the technique of transmitting engineering data by GPRS wireless network technology. And expounded the development and application of highway engineering construction field data collecting software run on Pocket-PC. Recommended the technique of engineering long distance data transmitting based on C/S structure adopting VPN (Virtual Private Networks) technology. Especially expatiated on the research on the platform of highway construction management information integrated system adopting geography information system (GIS) technique, database technique and network technique. And said all to subsystem about bid manage, contract management, engineering design drawing, engineering survey calculation, measure and pay, data processing on engineering experiment, quantity assessing, project plan and progress, engineering document management etc. Besides? proposed highway construction project visual analysis and inquiry system based on Web-GIS; Explained the research and application of highway engineering construction OA based on B/S structure; real-time workflow and information processing such as the management of administration, business and procedure of authorization and information distribution. At last, the author described the prospect of the application of C/S and B/S structure in trade software development in the highway construction management.
Pre-stressed structural elements are widely used in large-span structures. As a rule, they have higher stiffness characteristics. Pre-stressed rods can be applied as girders of different purpose, and as their separate parts, e.g. rods of trusses and frames. Among numerous ways of prestressing the compression of girders, trusses, and frames by tightenings from high-strength materials is under common application.
Research on Establishment of a Standard of Traffic Impact Assessment with Integrated Database System
(2004)
Planning support systems, such as geographical information system (GIS) and traffic flow simulation models, are widely in use in recent urban planning research. In this paper we propose a method to apply traffic impact assessment (TIA) to large-scale, commercial developments. In TIA research we often encounter the problem of increasing amount of data that is necessary for detailed investigation and analysis, as the scale of commercial developments become larger and more complex. As a result, TIA presents two problems. The first problem is the difficulty of data acquisition. The second problem is the reliability of data. As a solution, we developed an integrated database system.
Modeling of Freeway Traffic
(2004)
An integrated modeling of freeway traffic is developed, whose implementation in an uniform computer –aided simulation model facilitate comparative evaluation and systematic coupling of several traffic simulations, traffic controls, traffic measurements and traffic scenarios. The integrated modeling of freeway traffic is a basic mapping of freeway networks, control methods, measurements and different simulations of traffic flow...
Development of Urban Land Use Model to Compare Transit-Oriented and Automobile-Oriented Cities
(2004)
This study is an attempt to develop a simple simulation model that can compare the differences between automobile-oriented and transit-oriented cities, and clarify the difference between city forms by transportation modes. Following a theoretical model development, a series of simulation runs are tried. The model allocates people who commute to CBD from residential zones along a transportation corridor. As a result of many simulation analyses, it is shown that automobiles need much more traffic space in comparison with the transit as is shown by the proposed traffic space ratio both in CBD and along the corridor.
This paper presents an innovative software platform OpenSTEP intended to build advanced distributed integrated systems and to conduct multidisciplinary collaborative projects in both academy and industry. The paper discusses an open system architecture, methodology, component library and CASE toolkit enabling the developers to build a wide range of interoperable applications and systems compliant with STEP and, particularly, with IFC becoming the increasingly important standard for information integration in architecture, engineering and construction.
A wide variety of behavioural models exist in microscopic traffic simulation. Commercial programms often use closed-source policies and are confined to their respective simulation platforms. Open-source approaches mainly focus on distinctive, highly specialized traffic situations. In the scope of this paper, an open-source framework for developing modular, objectoriented simulation systems is presented, capable of simultaneously accommodating different driving models and enabling the user to modify and extend the catalogue of driving behaviours. The existing driving behaviours and the computational implementation of the simulation are being described.
This paper presents the combination of two different parallelization environments, OpenMP and MPI, in one numerical simulation tool. The computation of the system matrices and vectors is parallelized with OpenMP and the solution of the system of equations is done with the MPIbased solver MUMPS. The efficiency of both algorithms is shown on several linear and nonlinear examples using the Finite Element Method and a meshless discretization technique.
Effective knowledge management is increasingly considered as a cornerstone of sustainable business success. Knowledge management systems are strategically valuable for both ensuring consistency and continuous improvement of various aspects such as quality delivery, productivity and competitiveness. The small and medium enterprises (SMEs) in the construction industry are mostly operating under tighter timeframes, narrower profit margins and more constrained resources. Hence the recently commenced SMILE-SMC (Strategic Management with Information Leveraged Excellece for Small and Medium Contractors) project aims to support the information and knowledge management needs of the small and medium contractors in Hong Kong. This paper presents some snapshots on the SMILE-SMC project, and its conceptualized deliverables with some highlights of recent developments.
Civil engineering decision support systems (construction, building life cycle, refurbishment, total quality management, innovation, etc.) created in Lithuania are described in this paper. The above decision support systems comprise of the following constituent parts: data (database and its management system), models (model base and its management system) and a user interface. Presentation of information in databases may be in conceptual (digital, textual, graphical, photographic, video) and quantitative forms. Quantitative information presented involves criteria systems and subsystems, units of measurement, values and initial weight fully defining the variants provided. The databases were developed providing a multiple criteria analysis of alternatives from economical, infrastructure, technical, technological, qualitative, legislative, social and other perspectives. This information is provided in a user-oriented way. Since the analysis of alternatives is usually performed by taking into account economical, infrastructure, technical, technological, qualitative and other factors, a model-base include models which enable a decision maker to carry out a comprehensive analysis of the variants available and make a proper choice. These systems, related questions and practical case study were analysed the paper.
This paper presents an evaluation system for steel structures of hydroelectric power stations, including hydraulic gates and penstocks, based on Fault Tree Analyasis (FTA) and performance maps. This system consists of fault tree diagrams of FTA, performance maps, design and analysis systems, and engineerin databases. These four modules are integrated by appropriate hyperlinks so that the user of this system can use it easily and seamlessly. A well developed system was applied to some illustrative example cases, and they showed that the developed methodology and system worked well and the users found the system useful and effective for their maintenance tasks at powerstations.
Transport problems, as, for instance, the transport of sediment in hydraulic engineering and the transport of harmful substances through porous media, play an important role in many fields of civil engineering. Other examples include the dissipation of heat or sound as well as the simulation of traffic with macroscopic models. The contribution explains the analysis of the applicability of Voronoi-based finite volume methods for the approximation of solutions of transport problems. A special concern is the discretisation of the transport equation. Current limitations of the method as well as ideas for stabilisation are explained with examples.
Analysis System for Bridge Test (Chinese name abbr.: QLJC) is an application software specially designed for bridge test to analyze the static and dynamic character of bridge structures, calculate efficiency ratio of load test, pick up the results of observation points and so on. In this paper, research content, system design, calculation theory, characteristics and practical application of QLJC is introduced in detail.
The influence of vortex-induces vibrations on vertical tie rods has been proved as a determinant load factor in the lifetime-oriented dimensioning of arched steel bridges. Particularly, the welded connection plates between the suspenders and the arches often exhibit cracks induced primarily rods. In this context, the synchronization of the vortex-shedding to the rod motion in a critical wind velocity range, the so-called lock-in effect, is of essential interest.
The method of the finite elements is an adaptable numerical procedure for interpolation as well as for the numerical approximation of solutions of partial differential equations. The basis of these procedure is the formulation of suitable finite elements and element decompositions of the solution space. Classical finite elements are based on triangles or quadrangles in the two-dimensional space and tetrahedron or hexahedron in the threedimensional space. The use of arbitrary-dimensional convex and non-convex polyhedrons as the geometrical basis of finite elements increases the flexibility of generating finite element decompositions substantially and is sometimes the only way to get a clear decomposition...
In this paper, systematic analyses for the shoring systems installed to support the applied loads during construction are performed on the basis of the numerical approach. On the basis of a rigorous time-dependent analysis, structural behaviors of reinforced concrete (RC) frame structures according to the changes in design variables such as the types of shoring systems, shore stiffness and shore spacing are analyzed and discussed. The time-dependent deformations of concrete such as creep and shrinkage and construction sequences of frame structures are also taken into account to minimize the structural instability and to reach to an improved design of shoring system because these effects may increase the axial forces delivered to the shores. In advance, the influence of the column shortening effect, generally mentioned in a tall building structure, is analyzed. From many parametric studies, it has been finally concluded that the most effective shoring system in RC frame structures is 2S1R (two shores and one reshore) regardless of the changes in design variables.
Development and Analysis of Sparse Matrix Concepts for Finite Element Approximation on general Cells
(2004)
In engineering and computing, the finite element approximation is one of the most well-known computational solution techniques. It is a great tool to find solutions for mechanic, fluid mechanic and ecological problems. Whoever works with the finite element method will need to solve a large system of linear equations. There are different ways to find a solution. One way is to use a matrix decomposition technique such as LU or QR. The other possibility is to use an iterative solution algorithm like Conjugate Gradients, Gauß-Seidel, Multigrid Methods, etc. This paper will focus on iterative solvers and the needed storage techniques...
The paper investigates accuracy of deflection predictions made by the finite element package ATENA and design code methods ACI and EC2. Deflections have been calculated for a large number of experimental reinforced concrete beams reported by three investigators. Statistical parameters have been established for each of the technique at different load levels, separately for the beams with small and moderate reinforcement ratio.
Creation of hierarchical sequence of the plastic and viscoplastic models according to different levels of structure approximations is considered. Developed strategy of multimodel analysis, which consists of creation of the inelastic models library, determination of selection criteria system and caring out of multivariant sequential clarifying computations, is described. Application of the multimodel approach in numerical computations has demonstrated possibility of reliable prediction of stress-strain response under wide variety of combined nonproportional loading.
Framed-tube system with multiple internal tubes is analysed using an orthotropic box beam analogy approach in which each tube is individually modelled by a box beam that accounts for the flexural and shear deformations, as well as the shear-lag effects. A simple numerical modeling technique is proposed for estimating the shear-lag phenomenon in tube structures with multiple internal tubes. The proposed method idealizes the framed-tube structures with multiple internal tubes as equivalent multiple tubes, each composed of four equivalent orthotropic plate panels. The numerical analysis is based on the minimum potential energy principle in conjunction with the variational approach. The shear-lag phenomenon of such structures is studied taking into account the additional bending moments in the tubes. A detailed work is carried out through the numerical analysis of the additional bending moment. The moment factor is further introduced to identify the shear lag phenomenon along with the additional moment.
The displacements and stresses in arch dams and their abutments are frequently determined with 20-node brick elements. The elements are distorted near the contact plane between the wall and the abutment. A cantilever beam testbed has been developed to investigate the consequences of this distortion. It is shown that the deterioration of the accuracy in the computed stresses is significant. A compatible 18-node wedge element with linear stress variation is developed as an alternative to the brick element. The shape of this element type is readily adapted to the shape of the contact plane. It is shown that the accuracy of the computed stresses in the vicinity of the contact plane is improved significantly by the use of wedge elements.
The primary objective of initial shape analysis of a cable stayed bridge is to calculate initial installation cable tension forces and to evaluate fabrication camber of main span and pylon providing the final longitudinal profile of the bridge at the end of construction. In addition, the initial cable forces depending on the alternation of the bridge’s shape can be obtained from the analysis, and will be used to provide construction safety during construction. In this research, we conducted numerical experiments for initial shape of Ko-ha bridge, which will be constructed in the near future, using three different typical methods such as continuous beam method, linear truss method, and IIMF (Introducing Initial Member Force) method
The paper presents a general map-based approach to prototyping of products in virtual reality environments. Virtual prototyping of products is considered as a consistent simulation and visualization process mapping the source product model into its target visual representations. The approach enables to interrelate formally the product and visual information models with each other by defining mapping rules, to specify a prototyping scenario as a composition of map instances, and then to explore particular product models in virtual reality environments by interpreting the composed scenario. Having been realized, the proposed approach provides for the strongly formalized method and the common software framework to build virtual prototyping applications. As a result, the applications gain in expressiveness, reusability and reliability, as well as take on additional runtime flexibility...
In this paper we present a computer aided method supporting co-operation between different project partners, such as architects and engineers, on the basis of strictly three-dimensional models. The center of our software architecture is a product model, described by the Industry Foundation Classes (IFC) of the International Alliance for Interoperability (IAI). From this a geometrical model is extracted and automatically transferred to a computational model serving as a basis for various simulation tasks. In this paper the focus is set on the advantage of the fully three-dimensional structural analysis performed by p-version of the finite element analysis. Other simulation methods are discussed in a separate contribution of this Volume (Treeck 2004). The validity of this approach will be shown in a complex example.
In current AEC practice client requirements are typically recorded in a building program, which, depending on the building type, covers various aspects from the overall goals, activities and spatial needs to very detailed material and condition requirements. This documentation is used as the starting point of the design process, but as the design progresses, it is usually left aside and changes are made incrementally based on the previous design solution. These incremental small changes can lead to a solution that may no longer meet the original requirements. In addition, design is by nature an iterative process and the proposed solutions often also cause evolution in the client requirements. However, the requirements documentation is usually not updated accordingly. Finding the latest updates and evolution of the requirements from the documentation is very difficult, if not impossible. This process can lead to an end result, which is significantly different from the documented requirements. Some important requirements may not be satisfied, and even if the design process was based on agreed-upon changes in the scope and requirements, differences in the requirements documents and in the completed building can lead to well-justified doubts about the quality of the design and construction process...
The complexity of the relationships between the actors of a building project requires high efficiency in communication. Among other things, data sharing is crucial. The exchange of data is made possible by interfaces between expert programs, which rely on product models. The latter are neutral standards with formal definitions of building objects and their attributes. This paper deals with the state of the art and the research activities concerning product models in the steel construction domain and the advantages provided by this technology for the sector.
The goal of the research is to increase the understanding of dynamic behaviors during the crane operation, and develops computer-aided methods to improve the training of crane operators. There are approximately 125,000 cranes in operation today in the construction industry, responsible for major portion of erection activities. Unfortunately, many accidents occur every year in the U.S. and other countries related to the operation of cranes in construction sites. For example on November 28, 1989 a tower crane collapse during the construction of a building in San Francisco killing four construction workers, one civilian and injuring 28. According to the statistics from Occupational Safety Health Administration (OSHA), there were 137 crane-related fatalities from 1992 to 2001 in the US. A well-known internet website that keeps track of crane-related accidents (craneaccidents.com), reports 516 accidents and 277 fatalities from 2000 to 2002. These statistics show that even though many measures have been taken to decrease the number of crane-related accidents (Braam, 2002), the number of crane related accidents is still very large. It is important to recognize that each construction related fatality is not only a great human loss but also increases the costs of insurance, lawsuits, and the construction budget due to delay of a project (Paulson 1992)...
Zur Verbindung des flächigen Bauteils Brettstapelelement mit mineralischer Deckschicht sind bisher kaum geeignete einfachste Fugenausbildungen untersucht. Bei dieser biegebeanspruchten hybriden Verbundkombination bietet das zugbeanspruchte Holz und die druckbeanspruchte mineralische Deckschicht im Verbund ein günstigeres Biegetragverhalten und verbessert im Vergleich zum reinen Brettstapeldeckenelement dessen Eigenschaften. Für die Steifigkeit und die Tragfähigkeit der Verbundkonstruktion ist die Ausbildung der Verbundfuge, die effektive Übertragung der Schubkraft ausschlaggebend. Die vom Verfasser der Arbeit durchgeführten Versuche haben gezeigt, dass der Einsatz alternativer Verbundfugenausführungen grundsätzlich möglich ist. Mit diesem Wissen scheint neben dem Einsatz nachgiebiger Verbindungsmittel auch die Heranziehung, Erfassung und Optimierung des Flächen- sowie Reibungsverbundes zwischen flächigen Holzelementen und mineralischen Deckschichten eine effiziente und sichere Fugenausbildung darzustellen. Für weiterreichende und genauere Aussagen, sind neben der versuchstechnischen Abklärung der Wirksamkeit möglicher chemischer als auch mechanischer Modifikationen der Holzoberfläche in der Verbundfuge computergestützte Kurzzeit- sowie auch Langzeituntersuchungen zur Abschätzung der Möglichkeiten und Zuverlässigkeit des Flächenverbundes zwischen Brettstapelelement und mineralischer Deckschicht unabdingbar gewesen. Als Deckschichtvarianten kamen Normalbeton, Zementestrich, Anhydritestrich und Geopolymerbeton zur Anwendung. Es konnte durch eine statistische Auswertung im Resultat ein Gesamtüberblick über das Tragverhalten von hybriden Verbundelementen mit mineralischen Deckschichten und spezieller Oberflächenbehandlung des Holzes gegeben werden. Dabei wirkten sich die Vorteile bei der Nutzung des Flächenverbundes vor allem auf den Gebrauchszustand des Bauteils aus. Die Steifigkeit des Verbundbauteils wurde durch den Flächenverbund erhöht und es wurden damit günstigere Voraussetzungen für den Nachweis der Gebrauchstauglichkeit vor allem bei Spannweiten über 5,0 m erzielt. Die Untersuchungen zeigen die grundlegende Anwendbarkeit für Brettstapel im Flächenverbund mit mineralischen Baustoffen.
Physically Based Modeling and Multi-Physical Simulation System for Wood Structure Fire Performance
(2004)
This research is devoted to promoting the performance-based engineering in wood structure fire. It looks into the characteristic of the material, structural composing and collapse detecting to find out the main factors in the wood structure collapse in fire. The aim of the research is to provide an automatic simulation platform for the complicated circulation. A physically based model for slim member for beams and columns and a frame of multi-physical simulation are provided to implement the system. The physically based model contains material model, structural mechanics model, material mechanics model, as well as geometry model for the compositive simulation. The multi-physical simulation is built on the model and has the capacity to carry out a simulation combining structural, fire (thermal, CFD) and material degradation simulation. The structural and fire simulation rely on two sophisticated software respectively, ANSYS (an FEA software) and FDS (with a core of CFD). Researchers of the paper develop system by themselves to combine the two existing ones. The system has the capability to calculate the wood char to find out the loss of cross-section and to detect the collapse caused in different ways. The paper gives a sample of Chinese traditional house to show how this simulation system works.
Particle Simulation and Evaluation of Personal Exposure to Contaminant Sources in an Elevation Space
(2004)
An elevator, which figures a small volume, is normally used by everyone for a short period of time and equipped with simple ventilation system..Any contaminant released within it may cause serious problem. This research adapt a fire and smoke simulation software (FDS) into non-fire indoor airflow scario. Differently from previous research, particles are chosen as a risk evalution unit. A personal and multi-personal exposure model is proposed. The model takes the influence of the human thermal boundary, coughing, inhalation, exhalation, standing position, and the fan factor into account. The model is easy-to-use and suitable for the design of elevator system in practice.
The presented work focuses on the presentation of a discrete event simulator which can be used for automated sequencing and optimization of building processes. The sequencing is based on the commonly used component–activity–resource relations taking structural and process constraints into account. For the optimization a genetic algorithm approach was developed, implemented and successfully applied to several real life steel constructions. In this contribution we discuss the application of the discrete event simulator including its optimization capabilities on a 4D process model of a steel structure of an automobile recycling facility.
Buildings require both for construction and, due to their comparatively long life cycle for maintenance, significant raw material and energy resources. So far available knowledge about resource consumption during an entire life cycle of a building is still quite rare, because various criteria affect each other and/or overlay mutually. In this contribution a model based software concept is presented using an integrated approach for life cycle simulation and assessment of buildings. The essential point of the development consists of connecting an IFC compliant product model of a building via the Internet with data bases for the resource and energy requirement of building materials. Furthermore, numerical simulations allow calculating and minimizing the energy consumption, the resource requirement, the waste streams and also the noxious emissions. In the context of this paper we present the first release of software programs for architects and engineers, which help them to evaluate their design decisions objectively in early planning steps. Additionally the usage of the software is demonstrated by a test case study for a real world building. By applying this software in practice a substantial contribution for saving energy and natural resources can be provided in the sense of sustainable and ecological building design.
The highway product model based on the length information of the centerline, and the application system is developed. This paper shows the schema and the modeling process of the product model, which includes geometric elements such as an alignment, lanes, sidewalks, shoulders and sprits, and accessories such as guard fences, plantings and signs. Furthermore, The Highway Sequence Editor (HSE) is developed as an application system to verify the model.
Current building product models explicitly represent components, attributes of components, and relationships between components. These designer-focused product models, however, do not represent many of the design conditions that are important for construction, such as component similarity, uniformity, and penetrations. Current design and construction tools offer limited support for detecting these construction-specific design conditions. This paper describes the ontology we developed using the manufacturing concept of features to represent the design conditions that are important for construction. The feature ontology provides the blueprint for the additions and changes needed to transform a standard product model into a constructionspecific product model. The ontology formalizes three classes of features, defines the attributes and functions of each feature type, and represents the relationships between features explicitly. The descriptive semantics of the ontology allows practitioners to represent their varied preferences for naming features, specifying features that result from component intersections and the similarity of components, and grouping features that affect a specific construction domain. A software prototype that implements the ontology enables practitioners to transform designer-focused product models into feature-based product models that represent the construction perspective.
The development of 3D technologies during the last decades in many different areas, leads us towards the complete 3D representation of planet earth on a high level of detail. On the lowest level we have geographical information systems (GIS) representing the outer layer of our planet as a 3D model. In the meantime these systems do not only give a geographical model but also present additional information like ownership, infrastructure and others that might be of interest for the construction business. In future these systems will serve as basis for virtual environments for planning and simulation of construction sites. In addition to this work is done on the integration of GIS systems with 3D city models in the area of urban planning and thus integration of different levels of detail. This article presents research work on the use of 3D models in construction on the next level of detail below the level of urban planning. The 3D city model is taken as basis for the 3D model of the construction site. In this virtual nD-world a contractor can organize and plan his resources, simulate different variants of construction processes and thus find out the most effective solution for the consideration of costs and time. On the basis of former researches the authors present a new approach for cost estimation and simulation using development technologies from game software.
The goal of the research is the development of a computer system to plan, simulate and visualize erection processes in construction. In the research construction cranes are treated as robots with predefined degrees of freedom and crane-specific motion planning techniques are developed to generate time-optimized and collision-free paths for each piece to be erected in the project. Using inverse kinematics and structural dynamics simulation, the computer system then computes the crane motions and velocities necessary to achieve the previously calculated paths. The main benefits of the research are the accurate planning and scheduling of crane operations leading to optimization of crane usage and project schedules, as well as improving overall crane safety in the project. This research is aimed at the development of systems that will allow computer-assisted erection of civil infrastructure and ultimately to achieve fully-automated erection processes using robotic cranes...