Refine
Document Type
- Doctoral Thesis (494) (remove)
Institute
- Institut für Strukturmechanik (ISM) (56)
- Institut für Europäische Urbanistik (29)
- Promotionsstudiengang Kunst und Design-Freie Kunst-Medienkunst (Ph.D) (25)
- F. A. Finger-Institut für Baustoffkunde (FIB) (20)
- Professur Sozialwissenschaftliche Stadtforschung (16)
- Professur Baubetrieb und Bauverfahren (15)
- Professur Denkmalpflege und Baugeschichte (14)
- Professur Informatik im Bauwesen (12)
- Professur Informatik in der Architektur (12)
- Professur Bauchemie und Polymere Werkstoffe (11)
Keywords
- Architektur (25)
- Beton (21)
- Stadtplanung (18)
- Finite-Elemente-Methode (17)
- Optimierung (14)
- Stadtentwicklung (13)
- Denkmalpflege (12)
- Isogeometric Analysis (10)
- Kunst (10)
- Modellierung (10)
Year of publication
Knapp 30.000 Windenergieanlagen zwischen Nordsee und Alpen lassen unübersehbar erkennen, dass sich unser Energiesystem in einer umfassenden Transformation befindet. Allenthalben erfährt diese Entwicklung eine breite und kontroverse Rezeption und auch in der Denkmalpflege werden Windenergieanlagen aufgrund ihrer mitunter erheblichen Auswirkungen auf die Landschaft noch überwiegend als Störung wahrgenommen. Diese Arbeit nimmt dagegen die historische Entwicklung in den Blick und plädiert dafür, Windenergieanlagen als bedeutendes Kulturerbe zu verstehen. Angesichts des Voranschreitens der Energiewende wird angenommen, dass gerade älteren Modellen als baulichen Zeugnissen umfangreicher energiepolitischer Veränderungen seit den 1970er Jahren eine hohe Bedeutung zugeschrieben werden kann. Daher besteht das Ziel darin, Windenergieanlagen herauszuarbeiten, welche als hervorragende Zeugnisse der Entwicklung der Windenergienutzung in Deutschland zu bewerten sind.
Zur Annäherung werden diese zunächst als Untersuchungsgegenstand typologisch abgegrenzt. Eine wesentliche Besonderheit von Windenergieanlagen besteht darin, dass sie im Verhältnis zur eigentlichen Flächenversiegelung durch ihre vertikale Struktur erhebliche visuelle Auswirkungen auf die Landschaft haben. Anschließend wird die Entwicklung der Windenergienutzung seit den 1970er Jahren genauer betrachtet, welche insgesamt nicht linear verlief und von vielen Konflikten gekennzeichnet ist. Diese muss im Kontext eines wachsenden Umweltbewusstseins verstanden werden, das umfangreiche energiepolitische Veränderungen zur Folge hatte. Auf dieser Grundlage werden schließlich in einer denkmalkundlichen Reihenuntersuchung Windenergieanlagen herausgearbeitet, welche in hervorragender Weise von der Entwicklung zeugen. Die Auswahl bleibt allerdings mit sechs Objekten im Verhältnis zum Gesamtbestand von knapp 30.000 Anlagen relativ beschränkt, weil das auf die Abgrenzung von Besonderheiten ausgelegte etablierte Denkmalverständnis bei einem zeitlich so dichten Bestand gleichartiger Bauwerke an eine Grenze kommt.
Abschließend werden mögliche Erhaltungsperspektiven sowie denkmaltheoretische und -praktische Schlussfolgerungen diskutiert. Dabei ist unbedingt ein Erhalt am Ursprungsstandort anzustreben, wobei im Einzelfall entschieden werden muss, ob Belange des Funktions- oder Substanzerhaltes höher zu gewichten sind. Die skizzierten Auswahlprobleme regen darüber hinaus zur Diskussion zusätzlicher denkbarer Bewertungskategorien an, wobei sich insbesondere die gesellschaftliche Wahrnehmung und ökologische Werte aufdrängen. Zudem kann für die stärkere Berücksichtigung von Funktionszusammenhängen bei der Betrachtung technischer Infrastruktur in der Denkmalpflege plädiert werden. Insgesamt führt die denkmalkundliche Auseinandersetzung mit Windenergieanlagen damit weit über die Herausarbeitung einzelner Objekte hinaus und macht eindrücklich auf aktuelle Herausforderungen der Denkmalpflege und darüber hinaus aufmerksam.
Die Abkürzung PCC bezieht sie sich hier auf Polymer modified Cement Concrete, also mit Kunststoffen modifizierte Mörtel und Betone. Hierfür hat sich diese Abkürzung auch international durchgesetzt. Sie bezeichnet Baustoffe, die neben dem mineralischen Bindemittel Zement auch Kunststoffe enthalten. Zement und Kunststoff erzielen im späteren Mörtel bzw. Beton eine gemeinschaftliche Bindemittelwirkung. Wiederholter Gegenstand von Schadensfällen ist das Versagen des Haftverbundes zu anderer Bausubstanz. Da PCC häufig als dünne Schutzschicht auf vorhandenen Beton aufgetragen werden, führt ein Versagen der Adhäsion früher oder später auch zu einem Versagen dieser Schutzfunktion. Umgekehrt kann ein Versagen des Schutzes infolge von Rissen im PCC auch im Nachhinein zum Ablösen der Beschichtung führen. Ursächlich für dieses kohäsive Versagen sind dabei i. d. R. die Auswahl falscher bzw. nicht aufeinander abgestimmter Baustoffsysteme oder schlicht Verarbeitungsfehler. Das Ziel dieser Arbeit war es zu untersuchen, welchen Einfluss die kohäsiven und adhäsiven Eigenschaften von PCC auf deren Dauerhaftigkeit, insbesondere bei der Anwendung als Beschichtungsmaterial, haben. Dazu wurden vier maßgebliche Schwerpunkte bearbeitet. Eine zentrale Rolle für die Dauerhaftigkeit eines Beschichtungsmaterials spielt dessen Längenänderungsverhalten. Der Betrag der positiven und negativen Längenänderungen ist bestimmend für die Spannungen, die im Beschichtungsmaterial entstehen können. Sind die auftretenden Spannungen höher als die Zugfestigkeit des PCC erfolgt der Spannungsabbau durch Risse. Es kommt also zum Kohäsionsversagen im Mörtel. Wird der PCC als Beschichtungsmaterial genutzt, werden die Spannungen im Idealfall über die Verbundebene zum Beschichtungsuntergrund übertragen. Übersteigen dabei diese Spannungen die maximal aufnehmbaren Verbundspannungen, kommt es zum Adhäsionsversagen zwischen Beschichtung und Untergrund. In Modellversuchen werden die Effekte des Längenänderungsverhaltens kunststoffmodifizierter Zementsteine auf den Haftverbund zu einer Gesteinskörnung untersucht. Dadurch werden Rückschlüsse auf die Kohäsion innerhalb der PCC durch die Beschreibung des adhäsiven Verbundes zwischen Zementsteinmatrix und Gesteinskörnung gezogen. Neben der Längenänderung sind auch die Festigkeitseigenschaften der PCC bedeutsam für deren Dauerhaftigkeit. Es werden die Festigkeitseigenschaften kunststoffmodifizierter Mörtel und Betone nicht nur von der mechanischen Seite betrachtet. Der Focus liegt vielmehr auf der Beschreibung der durch die Kunststoffe beeinflussten kohäsiven Eigenschaften bei mechanischer Belastung. Es wird das Verhalten der polymeren Matrix nach einer Kurzzeitbelastung untersucht. Damit werden die Vorgänge, die letztlich zu einer Beeinflussung der Festigkeitseigenschaften führen, dargestellt. In diesem Zusammenhang wird auch der Einfluss der Temperatur auf die Festigkeit der PCC betrachtet. Die Untersuchung des Frost-Taumittel-Widerstandes mittels CDF- bzw. CIF-Verfahrens ist eine gute Möglichkeit, neben der Beurteilung der Dauerhaftigkeit auch Rückschlüsse auf die kohäsiven als auch, im mikroskopischen Maßstab betrachtet, die adhäsiven Eigenschaften der PCC zu ziehen. Damit ist gemeint, dass die Kohäsion von PCC durch deren adhäsive Eigenschaften zwischen kunststoffmodifizierter Zementsteinmatrix und Gesteinskörnern maßgeblich bestimmt wird. Einerseits kann bei starkem Abfall des relativen dynamischen E-Moduls von einer geringeren Kohäsion des PCC ausgegangen werden. Dies würde dann bei einem Mörtel eher zu Rissen führen, über die wiederum betonaggressive Medien eindringen können. Im Gegensatz dazu deutet ein konstant bleibender relativer dynamischer E-Modul auf eine hohe Kohäsion und damit, bei Anwendung des PCC als Beschichtungsmaterial, auf ein höheres adhäsives Versagensrisiko der Beschichtung hin. Andererseits stellt eine höhere Abwitterung, also sozusagen das schichtenweise kohäsive Versagen, eine Gefahr bei dünnen Beschichtungen dar. Dies könnte noch durch die Anwendung anderer Taumittel (z. B. organischer) verstärkt werden. Unter diesen Gesichtspunkten wurden Untersuchungen auf der Basis des CDF-Testes sowie zur Lösungsaufnahmefähigkeit der PCC durchgeführt. Der adhäsive Verbund von PCC zu Beton ist von vielen Faktoren abhängig. Bisher kaum betrachtet wurde die Art des Aufbringens oder der Einfluss der Probengeometrie bei Laborversuchen. Diese sowie der Einfluss einer Salzbelastung des Untergrundes bzw. der Beschichtung wurden untersucht. Ein Teil der durchgeführten Untersuchungen wurde im Rahmen des Teilprojektes B3 „Dauerhaftigkeit polymermodifizierter Mörtel und Betone“ des von der DFG geförderten Sonderforschungsbereiches 524 „Werkstoffe und Konstruktionen für die Revitalisierung von Bau-werken“ realisiert.
Die Beurteilung des Beanspruchungsgrades während eines Versuchs zur experimentellen Tragsicherheitsbewertung erfolgt auf Grundlage der zeitgleich dargestellten Beanspruchungs-Verformungsbeziehung. Für ein frühzeitiges Erkennen von Strukturveränderungen (Rißbildung/Plastizierung) eignen sich jedoch insbesondere Energiebetrachtungen während der verschiedenen Versuchsphasen, da diese das Zusammenspiel von Einwirkung und Tragwerksreaktion vollständig widerspiegeln und auch geringe irreversible Strukturänderungen immer mit Energiedissipation verbunden sind. In der Arbeit wird der Versuchsgrenzlastindikator deltaS (normierte Strukturveränderungsenergie) vorgestellt. Dieser Parameter erfaßt nur die bei Belastungsversuchen interessanten Strukturveränderungen und ermöglicht damit eine objektive Beurteilung des eingereichten Beanspruchungsgrades und eine zuverlässige Identifikation der Versuchsgrenzlast. Anhand von Versuchen im Labor und am realen Bauwerk wird die Anwendung des Indikators erläutert und seine Eignung nachgewiesen.
In der Arbeit werden Möglichkeiten aufgezeigt, die Tragfähigkeit von Queranschlüssen an Trägern aus Voll- und Brettschichtholz abzuschätzen. Die Tragfähigkeit dieser Anschlüsse wird nicht allein durch die Tragfähigkeit der mechanischen Verbindungsmittel selbst begrenzt. Die Tragfähigkeit der Verbindungsmittel wird in dieser Arbeit a priori als hinreichend betrachtet. Sie kann z. B. nach der Theorie von JOHANSEN bestimmt werden. Insbesondere bei solchen Anschlüssen, welche unterhalb der Schwerachse von Trägern angeordnet sind, erzeugen die durch die Verbindungsmittel eingeleiteten Lasten Beanspruchungen, welche die Tragfähigkeiten dieser Anschlüsse bestimmen. Die Abschätzung der Tragfähigkeit auf der Basis von Spannungen hat bei dieser Problemstellung methodische Schwächen. Bauteile aus Holz können unter Gebrauchsbedingungen rißbehaftet sein. Mit den Methoden der Linear-Elastischen Bruchmechanik kann die Tragfähigkeit von rißbehafteten Bauteilen beurteilt werden. Es werden wegen der Vielzahl möglicher Ausführungvarianten lediglich Anschlüsse betrachtet, welche mit stiftförmigen Verbindungsmitteln hergestellt werden. Zur Bestimmung bruchmechanischer Kennwerte werden numerische Methoden angewendet. Es werden wichtige Parameter dieser Anschlüsse untersucht und hinsichtlich ihrer Berücksichtigung im Rechenmodell bewertet. Zur Verifizierung des Rechenmodells werden Vergleiche mit experimentellen Untersuchungen anderer Wissenschaftler angestellt. Der Einsatz verschiedener Versagenskriterien wird diskutiert. Schließlich wird ein formaler Zusammenhang zur Abschätzung der Tragfähigkeit für einzelne Verbindungsmittel hergestellt. Weiterhin wird die Tragfähigkeit von praxisüblichen Anschlüssen anhand einfacher Zusammenhänge aufgezeigt.
Die Arbeit beschäftigt sich mit der Entstehung eines ökonomischen Kraftmaßes am Beispiel der Maschine von Marly im Zeitraum von ca. 1680 bis 1840. Die Leitthese der Dissertation besagt, dass vom 17. zum 19. Jahrhundert eine grundlegende Transformation des Maschinenbegriffs stattfand, die als Übergang vom Substanzbegriff zum Funktionsbegriff der Maschine bezeichnet werden kann. Im 17. Jahrhundert wurden mechanische Apparate als in sich geschlossene, selbstbezügliche Strukturen aufgefasst. Als anschaulich erfahrbare Objekte konnten sie als Bildgeber dienen, die mittels des Verfahrens der Strukturanalogie Erklärungsmuster für verschiedenste Phänomene (Körper, Staat, Welt) boten. Demzufolge galten sie als selbstevident: sie waren erklärend und mussten selbst nicht erklärt werden. Ihr etwaiger Zweck und ihre Einbettung in gesellschaftliche Zusammenhänge spielten dabei keine Rolle. Wie anhand der Beschreibungen und Darstellungen aus jener Zeit nachgewiesen werden kann, wurde die Maschine von Marly innerhalb dieser Episteme als architektonisches Objekt wahrgenommen, bei dem vor allem das Zusammenspiel der einzelnen Elemente Aufmerksamkeit erregte. Wie andere Maschinen auch stand sie unter dem Primat der Sichtbarkeit. Man war davon überzeugt, dass die Eigenschaften einer Maschine von der strukturellen Anordnung ihrer Bauteile abhingen und glaubte, ihre Qualität an ihrer Gestalt ablesen zu können. Ab der Mitte des 18. Jahrhunderts tauchte die Maschine von Marly in den Schriften physiokratischer Autoren auf. Zuerst diente sie dort als Beispiel für die Verschwendungssucht Louis’ XIV. und als Metapher für eine schlechte Einrichtung des Staates. Doch zunehmend begann man, sie auch in ihrer Faktizität als technisch-politisches Objekt zu begreifen. Man kritisierte ihre aktuelle Nutzung und schlug andere Möglichkeiten ihrer Verwendung vor, etwa die Bewässerung von Feldern oder die städtische Trinkwasserversorgung. Damit war die Maschine von Marly nicht länger ein Modell für die Einrichtung des Staates, das nur am Maßstab der immanenten Perfektion beurteilt werden konnte. Vielmehr war sie nun ein Instrument der Regierung, das sich als Teil eines staatlich verfassten Gemeinwesens verantworten musste. Als solches wurde sie auch zu einem bevorzugten Gegenstand aufklärerischer Reformprojekte. Das zeigt sich besonders deutlich am Wettbewerb, den die Pariser Akademie der Wissenschaften 1784-1786 organisiert hatte und der Vorschläge zur Verbesserung oder Ersetzung der Maschine von Marly zum Gegenstand hatte. Die Auswertung der mehr als 100 eingereichten Projekte und Memoranden ermöglicht einen einzigartigen Blick auf die Hoffnungen und Wünsche, die Ende des 18. Jahrhunderts an die Erfindung technischer Geräte gekoppelt waren. Um 1800 kann man die allmähliche Entstehung eines Funktionsbegriffs der Maschine bemerken. Lazare Carnots Essai sur les machines en général, der eine in der Sprache der Algebra artikulierte Definition der Maschine beinhaltete, trug maßgeblich dazu bei, die Anschaulichkeit zugunsten eines operativen Symbolismus zu delegitimieren. Erst dadurch war die Formulierung eines Effizienzkalküls möglich. Ergänzt wurde diese Formalisierung durch den Diskurs der Industrialisierung, in dem technische Apparate zunehmend als Produktionsmittel verstanden wurden. Die Maschine von Marly war ein wichtiger Schauplatz für die Entstehung eines ökonomischen Kraftmaßes. Nicht nur wurden dort Experimente mit verschiedenen Messinstrumenten (Dynamometern) durchgeführt, auch diente sie Joseph Montgolfier als Beispiel um zu beweisen, dass Kraft als Geldwert ausgedrückt werden könne. In den ersten Jahrzehnten des 19. Jahrhundert wurden Maschinen schließlich relational als Positionen innerhalb eines nationalen Produktionssystems definiert. Sie galten als Krafttransformatoren, bei denen ein bestimmter Input von ‚force motrice’ einen entsprechenden Output von ‚travail utile’ ergeben würde. Ihre vornehmlichste Aufgabe war die möglichst effiziente Ausnutzung der Kraftressourcen. Den vorläufigen Endpunkt erreichte die Entstehung des ökonomischen Kraftmaßes um 1830 mit der Formulierung des Begriffs der ‚mechanischen Arbeit’.
This practice-based research examines platforms and encounters that have a participatory character as a strategy to create lived and shared experiences where new forms of appropriation of the city can emerge. The selected case studies propose and initiate certain urban experiences that induce changes in perception, the exchange of perspectives, and that denaturalize habits and patterns of behavior. I suggest that when these sensitive experiences become imprinted in body memory, they can empower citizens to have more active, creative, and/or critical attitudes towards their environments. Searching for new repertoires of everyday practices that contest commodification of both the body and the city, this thesis is oriented towards open-ended processes of constructing mentalities rather than those of planning changes on the material conditions of public space. It uses forms of academic investigation that merge intellectual debate and experimental practice, joining art, urbanism and social engaged practices in an extradisciplinary (Howes 2007) attitude towards the city. Based on the materials generated by the case studies (combining theoretical knowledge with artistic sensibility), the affective and corporeal involvement of researchers in the situations they analyze and co-create, is sustained in opposition to the traditional academic critical distance.
Das zentrale Problem der Arbeit ist die Untersuchung der Rolle von Orten und Räumen für die Evolution bestimmter visueller Medien im 19. Jahrhundert. Die historische Schwelle wird mit der Erfindung des Panoramas, der Geburt der Passage und der Reform der Bibliothek um 1800 markiert. Ausgehend von der Systemtheorie Luhmanns und dem französischen Poststrukturalismus (Baudry, Lyotard, Foucault) entwickelt die Arbeit dazu einen Begriff des Dispositivs, der zur Untersuchung des Verhältnisses von Objekt, Betrachter und Apparat verwendet wird. Im Mittelpunkt steht dabei das Wechselverhältnis von Wahrnehmung und Kommunikation. Mit Bezug auf Kants »Kritik der Urteilskraft« wird dabei ein neuer Vorschlag für den Code des Kunstsystems – gestaltet/nicht gestaltet – entwickelt. Die zentralen Begriffe für die Definition des Dispositivs sind Abschirmung, Distanzierung und Inszenierung. Damit wird der Versuch unternommen, die Frage des Raumes in der Systemtheorie zu klären. Die historische Analyse beschreibt die Entwicklung vom Theater zum Kino im 19. und frühen 20. Jahrhundert und fokussiert dabei vor allem auf das Festspielhaus Wagners in Bayreuth. Abschließend wird der Beitrag der Warenhäuser und des Schaufensters zur Evolution des Wirtschaftsystems untersucht.
Numerical models and their combination with advanced solution strategies are standard tools for many engineering disciplines to design or redesign structures and to optimize designs with the purpose to improve specific requirements. As the successful application of numerical models depends on their suitability to represent the behavior related to the intended use, they should be validated by experimentally obtained results. If the discrepancy between numerically derived and experimentally obtained results is not acceptable, a model revision or a revision of the experiment need to be considered. Model revision is divided into two classes, the model updating and the basic revision of the numerical model. The presented thesis is related to a special branch of model updating, the vibration-based model updating. Vibration-based model updating is a tool to improve the correlation of the numerical model by adjusting uncertain model input parameters by means of results extracted from vibration tests. Evidently, uncertainties related to the experiment, the numerical model, or the applied numerical solving strategies can influence the correctness of the identified model input parameters. The reduction of uncertainties for two critical problems and the quantification of uncertainties related to the investigation of several nominally identical structures are the main emphases of this thesis. First, the reduction of uncertainties by optimizing reference sensor positions is considered. The presented approach relies on predicted power spectral amplitudes and an initial finite element model as a basis to define the assessment criterion for predefined sensor positions. In combination with geometry-based design variables, which represent the sensor positions, genetic and particle swarm optimization algorithms are applied. The applicability of the proposed approach is demonstrated on a numerical benchmark study of a simply supported beam and a case study of a real test specimen. Furthermore, the theory of determining the predicted power spectral amplitudes is validated with results from vibration tests. Second, the possibility to reduce uncertainties related to an inappropriate assignment for numerically derived and experimentally obtained modes is investigated. In the context of vibration-based model updating, the correct pairing is essential. The most common criterion for indicating corresponding mode shapes is the modal assurance criterion. Unfortunately, this criterion fails in certain cases and is not reliable for automatic approaches. Hence, an alternative criterion, the energy-based modal assurance criterion, is proposed. This criterion combines the mathematical characteristic of orthogonality with the physical properties of the structure by modal strain energies. A numerical example and a case study with experimental data are presented to show the advantages of the proposed energy-based modal assurance criterion in comparison to the traditional modal assurance criterion. Third, the application of optimization strategies combined with information theory based objective functions is analyzed for the purpose of stochastic model updating. This approach serves as an alternative to the common sensitivity-based stochastic model updating strategies. Their success depends strongly on the defined initial model input parameters. In contrast, approaches based on optimization strategies can be more flexible. It can be demonstrated, that the investigated nature inspired optimization strategies in combination with Bhattacharyya distance and Kullback-Leibler divergence are appropriate. The obtained accuracies and the respective computational effort are comparable with sensitivity-based stochastic model updating strategies. The application of model updating procedures to improve the quality and suitability of a numerical model is always related to additional costs. The presented innovative approaches will contribute to reduce and quantify uncertainties within a vibration-based model updating process. Therefore, the increased benefit can compensate the additional effort, which is necessary to apply model updating procedures.
The advent of high-performance mobile phones has opened up the opportunity to develop new context-aware applications for everyday life. In particular, applications for context-aware information retrieval in conjunction with image-based object recognition have become a focal area of recent research. In this thesis we introduce an adaptive mobile museum guidance system that allows visitors in a museum to identify exhibits by taking a picture with their mobile phone. Besides approaches to object recognition, we present different adaptation techniques that improve classification performance. After providing a comprehensive background of context-aware mobile information systems in general, we present an on-device object recognition algorithm and show how its classification performance can be improved by capturing multiple images of a single exhibit. To accomplish this, we combine the classification results of the individual pictures and consider the perspective relations among the retrieved database images. In order to identify multiple exhibits in pictures we present an approach that uses the spatial relationships among the objects in images. They make it possible to infer and validate the locations of undetected objects relative to the detected ones and additionally improve classification performance. To cope with environmental influences, we introduce an adaptation technique that establishes ad-hoc wireless networks among the visitors’ mobile devices to exchange classification data. This ensures constant classification rates under varying illumination levels and changing object placement. Finally, in addition to localization using RF-technology, we present an adaptation technique that uses user-generated spatio-temporal pathway data for person movement prediction. Based on the history of previously visited exhibits, the algorithm determines possible future locations and incorporates these predictions into the object classification process. This increases classification performance and offers benefits comparable to traditional localization approaches but without the need for additional hardware. Through multiple field studies and laboratory experiments we demonstrate the benefits of each approach and show how they influence the overall classification rate.
Datenmodelle zur Bearbeitung von Ingenieuraufgaben am Beispiel von Wohnhäusern in Stahlbauweise
(2006)
Modelle bilden die Grundlage der Planung. Sie repräsentieren die zur Bearbeitung erforderlichen Eigenschaften eines Bauwerks in einer an die spezifische Aufgabe angepassten Form. Zwischen den verschiedenen zur Abbildung des Bauwerks eingesetzten Modellen bestehen fachliche Zusammenhänge bezüglich der darin abgebildeten Aspekte. Diese Abhängigkeiten werden in der praktischen Planungsbearbeitung gegenwärtig auf Grundlage von Erfahrungswerten, normativen Vorgaben und vereinfachenden Annahmen berücksichtigt. Die detailliertere Modellierung von Bauwerkseigenschaften führt zu einer engeren Verzahnung der verschiedenen Modelle. Um eine fachliche Inselbildung zu vermeiden, ist eine entsprechend angepasste Abbildung der zwischen den einzelnen Modellen bestehenden Beziehungen erforderlich. Mit den steigenden Ansprüchen an eine Bearbeitung von Ingenieuraufgaben gewinnt eine über den Zweck der Bereitstellung ausgewählter Informationen zum Bauwerk und der Unterstützung eines Datenaustauschs zwischen verschiedenen Fachplanern hinausgehende datentechnische Abbildung an Bedeutung. Dies setzt eine Diskussion der Anforderungen an eine solche Beschreibung aus fachlicher Sicht voraus. Die Untersuchung der fachlichen Anforderungen wird am Beispiel von Wohnhäusern in Stahlbauweise geführt.
One major research focus in the Material Science and Engineering Community in the past decade has been to obtain a more fundamental understanding on the phenomenon 'material failure'. Such an understanding is critical for engineers and scientists developing new materials with higher strength and toughness, developing robust designs against failure, or for those concerned with an accurate estimate of a component's design life. Defects like cracks and dislocations evolve at
nano scales and influence the macroscopic properties such as strength, toughness and ductility of a material. In engineering applications, the global response of the system is often governed by the behaviour at the smaller length scales. Hence, the sub-scale behaviour must be computed accurately for good predictions of the full scale behaviour.
Molecular Dynamics (MD) simulations promise to reveal the fundamental mechanics of material failure by modeling the atom to atom interactions. Since the atomistic dimensions are of the order of Angstroms ( A), approximately 85 billion atoms are required to model a 1 micro- m^3 volume of Copper. Therefore, pure atomistic models are prohibitively expensive with everyday engineering computations involving macroscopic cracks and shear bands, which are much larger than the atomistic length and time scales. To reduce the computational effort, multiscale methods are required, which are able to couple a continuum description of the structure with an atomistic description. In such paradigms, cracks and dislocations are explicitly modeled at the atomistic scale, whilst a self-consistent continuum model elsewhere.
Many multiscale methods for fracture are developed for "fictitious" materials based on "simple" potentials such as the Lennard-Jones potential. Moreover, multiscale methods for evolving cracks are rare. Efficient methods to coarse grain the fine scale defects are missing. However, the existing multiscale methods for fracture do not adaptively adjust the fine scale domain as the crack propagates. Most methods, therefore only "enlarge" the fine scale domain and therefore drastically increase computational cost. Adaptive adjustment requires the fine scale domain to be refined and coarsened. One of the major difficulties in multiscale methods for fracture is to up-scale fracture related material information from the fine scale to the coarse scale, in particular for complex crack problems. Most of the existing approaches therefore were applied to examples with comparatively few macroscopic cracks.
Key contributions
The bridging scale method is enhanced using the phantom node method so that cracks can be modeled at the coarse scale. To ensure self-consistency in the bulk, a virtual atom cluster is devised providing the response of the intact material at the coarse scale. A molecular statics model is employed in the fine scale where crack propagation is modeled by naturally breaking the bonds. The fine scale and coarse scale models are coupled by enforcing the displacement boundary conditions on the ghost atoms. An energy criterion is used to detect the crack tip location. Adaptive refinement and coarsening schemes are developed and implemented during the crack propagation. The results were observed to be in excellent agreement with the pure atomistic simulations. The developed multiscale method is one of the first adaptive multiscale method for fracture.
A robust and simple three dimensional coarse graining technique to convert a given atomistic region into an equivalent coarse region, in the context of multiscale fracture has been developed. The developed method is the first of its kind. The developed coarse graining technique can be applied to identify and upscale the defects like: cracks, dislocations and shear bands. The current method has been applied to estimate the equivalent coarse scale models of several complex fracture patterns arrived from the pure atomistic simulations. The upscaled fracture pattern agree well with the actual fracture pattern. The error in the potential energy of the pure atomistic and the coarse grained model was observed to be acceptable.
A first novel meshless adaptive multiscale method for fracture has been developed. The phantom node method is replaced by a meshless differential reproducing kernel particle method. The differential reproducing kernel particle method is comparatively more expensive but allows for a more "natural" coupling between the two scales due to the meshless interpolation functions. The higher order continuity is also beneficial. The centro symmetry parameter is used to detect the crack tip location. The developed multiscale method is employed to study the complex crack propagation. Results based on the meshless adaptive multiscale method were observed to be in excellent agreement with the pure atomistic simulations.
The developed multiscale methods are applied to study the fracture in practical materials like Graphene and Graphene on Silicon surface. The bond stretching and the bond reorientation were observed to be the net mechanisms of the crack growth in Graphene. The influence of time step on the crack propagation was studied using two different time steps. Pure atomistic simulations of fracture in Graphene on Silicon surface are presented. Details of the three dimensional multiscale method to study the fracture in Graphene on Silicon surface are discussed.
Die zu beobachtenden kürzeren Produktlebenszyklen und eine schnellere Marktdurchdringung von Produkttechnologien erfordern adaptive und leistungsfähige Produktionsanlagen. Die Adaptivität ermöglicht eine Anpassung der Produktionsanlage an neue Produkte, und die Leistungsfähigkeit der Anlage stellt sicher, dass ausreichend Produkte in kurzer Zeit und zu geringen Kosten hergestellt werden können. Durch eine Modularisierung der Produktionsanlage kann die Adaptivität erreicht werden. Jedoch erfordert heutzutage jede Adaption manuellen Aufwand, z.B. zur Anpassung von proprietären Signalen oder zur Anpassung übergeordneter Funktionen. Dadurch sinkt die Leistungsfähigkeit der Anlage.
Das Ziel dieser Arbeit ist es, die Interoperabilität in Bezug auf die Informationsverwendung in modularen Produktionsanlagen zu gewährleisten. Dazu werden Informationen durch semantische Modelle beschrieben. Damit wird ein einheitlicher Informationszugriff ermöglicht, und übergeordnete Funktionen erhalten Zugriff auf alle Informationen der Produktionsmodule, unabhängig von dem Typ, dem Hersteller und dem Alter des Moduls. Dadurch entfällt der manuelle Aufwand bei Anpassungen des modularen Produktionssystems, wodurch die Leistungsfähigkeit der Anlage gesteigert und Stillstandszeiten reduziert werden.
Nach dem Ermitteln der Anforderungen an einen Modellierungsformalismus wurden potentielle Formalismen mit den Anforderungen abgeglichen. OWL DL stellte sich als geeigneter Formalismus heraus und wurde für die Erstellung des semantischen Modells in dieser Arbeit verwendet. Es wurde exemplarisch ein semantisches Modell für die drei Anwendungsfälle Interaktion, Orchestrierung und Diagnose erstellt. Durch einen Vergleich der Modellierungselemente von unterschiedlichen Anwendungsfällen wurde die Allgemeingültigkeit des Modells bewertet. Dabei wurde gezeigt, dass die Erreichung eines allgemeinen Modells für technische Anwendungsfälle möglich ist und lediglich einige Hundert Begriffe benötigt.
Zur Evaluierung der erstellten Modelle wurde ein wandlungsfähiges Produktionssystem der SmartFactoryOWL verwendet, an dem die Anwendungsfälle umgesetzt wurden. Dazu wurde eine Laufzeitumgebung erstellt, die die semantischen Modelle der einzelnen Module zu einem Gesamtmodell vereint, Daten aus der Anlage in das Modell überträgt und eine Schnittstelle für die Services bereitstellt. Die Services realisieren übergeordnete Funktionen und verwenden die Informationen des semantischen Modells. In allen drei Anwendungsfällen wurden die semantischen Modelle korrekt zusammengefügt und mit den darin enthaltenen Informationen konnte die Aufgabe des jeweiligen Anwendungsfalles ohne zusätzlichen manuellen Aufwand gelöst werden.
Die Arbeit „Das Bild der Zwischenstadt“ sucht nach Möglichkeiten zur Qualifizierung der verstädterten Landschaft, für die Thomas Sieverts den Begriff „Zwischenstadt“ geprägt hat. Die Auseinandersetzung mit „räumlicher Identität“ steht dabei im Mittelpunkt: In deren Dekodierung und Inszenierung wird ein Potenzial erkannt, die Aufenthalts- und Erlebnisqualität der Zwischenstadt zu verbessern. Der Betrachtungsraum der Arbeit zwischen Frankfurt am Main und seinen prosperierenden Umlandgemeinden eignet sich in besonderer Weise, die „Anatomie der Zwischenstadt“ zu dekodieren. Schicht für Schicht wird der Versuch unternommen, die eigene Sprache dieses Raumes zu entziffern. Dabei werden Methoden der Beschreibung und Darstellung entwickelt, die den spezifischen räumlichen Eigenschaft der Zwischenstadt gerecht zu werden suchen. Die Ergebnisse dieser Auseinandersetzung lassen deutliche Transformationen in der Zwischenstadt erkennen und entheben sie aus ihrer vermeintlichen Eigenschaftslosigkeit. Orte mit Bedeutung, Zusammenhänge und Raumgeschichten werden lesbar, es zeigen sich Ansätze eigener Urbanität und Zentralität. Die Zwischenstadt hat sich von ihrer einseitigen Dependenz zur Kernstadt gelöst, tritt aber gleichzeitig in einen umfassenden Wandel, um sich geänderten Lebensformen und Bedürfnissen anzupassen. Ältere, den Raum prägende Einfamilienhausgebiete und Großsiedlungen, aber auch monofunktionale Gewerbegebiete und die typischen suburbanen Einkaufszentren erfüllen keineswegs mehr automatisch die Wohnwünsche und Anforderungen einer Dienstleistungs- und Freizeitgesellschaft. Die Arbeit greift die unverkennbare Transformation des Bildes der Zwischenstadt als Chance zur Qualifizierung dieses Raumes auf. Entwickelt werden Qualifizierungsmodelle, die der Tendenz zu Segregation und Abtrennung mit einer neuen Integrationskultur für die Zwischenstadt begegnen: Als prägender Lebensraum der Stadtregion muss die Zwischenstadt einen großen Teil der Bedürfnisse Ihrer Bewohner und Benutzer an den Raum befriedigen. Zunehmend sind diese Bedürfnisse nicht nur funktioneller Art, sondern werden überlagert von einem Bedürfnis nach Raumqualität, Verortung und Identifikationsmöglichkeiten. Für diese Bedürfnisse angemessene und auratische Raumbilder zu finden oder zu inszenieren, ist im Angesicht des Status Quo der Stadtlandschaft eine wichtige Herausforderung.
The thesis concerns a work of urban history intended not to describe the city but rather to interpret it. By doing so, I have interpreted the city by means of the role played by the so-called ‘great property’ in the European city-making process during the last three decades of the 20th century, specifically focused on the concrete case of military properties in Italy. I have also considered the role played by other kinds of great properties, i.e. industries and railway, which previously acted in the production of the built environment in a different way respect to the military one. As all of them have as common denominator the fact of being ‘capital in land’, I analysed great industrial and railway properties in order to extrapolate a methodology which helped me to interpret the relationship between military properties and city-making process in Europe in the late 20th century.
I have analysed the relationship between the capital in land and the city-making process on the ground of the understanding the interrelation between the great property, the urban development, and the agents involved in the urban and territorial planning. Here I have showed that urban planning is not the decisive factor influencing the citymaking process, but instead the power held by the capital in land. I have found that is the great property the trigger of the creation of new ‘areas of centrality’ intended as large areas for consumerism. As far as the role played by great property is concerned, I have also discovered that it has evolved over time. Originally, industrial and railway properties have been regenerated into a wide range of new profit-driven spaces; successively, I have found out that most of the regeneration of military premises aimed to materialise areas of centrality. The way of interpreting this factor has been based on focusing my attention on the military premises in Italy: I have classified their typology when they have been built and, most importantly, when they have been regenerated into new areas of centrality.
This is a work concerned with the increasing processes of social exclusion in cities nowadays. In approaching this phenomenon, the research highlights how people interact with their institutional environments. This is also, perhaps centrally, an investigation into the possibility to engage an individual perspective to understand the transformation in urban experience, which is orienting society to new uses and forms of exclusion. Following the perspective deployed by the so-called “sociology of individuals” in French sociology or “reengagement of agency” in the Anglo-Saxon world; I claim that individuals as well as collectives are gaining increasing power to question and re-organize institutions. This re-organization, in the case of socio-urban institutions, is no guarantee for major levels in integration, cohesion, and equality. Unfortunately, social institutions are becoming hard in its exclusionary capabilities under people intervention during the last four decades.
I believe that urban sociology is a field of struggle between different perspectives competing to “make sense” of social phenomena in cities. The orientation supported in this research is just one on many and it follows the roots of people and their life experiences within cities and how they influence the processes that shape the city. The last formulation is possibly not the clearest, because as we all know, references to “inhabitants” are presented in every variant of urban sociology. Nevertheless, there are not many variants focusing on peoples’ capability to influence institutional environments and by this way affecting the urban condition in which they find themselves. The particular institution selected for this study is the “School”.
This thesis is organized around two parts: part one includes the conceptual framework, methodological approach, and historical contextualization; part two describes three case studies produced to analyse the forms of and the relations between individuals and school institution. Part one starts from a premise: within the context of declining welfare State in the case of industrialized countries, an important part of urban studies focuses on economic and spatial restructuration. Confronted with the same situation, a part of social sciences shifts to the individuals’ agency and social uncertainty. This research is embedded in the last theoretical description presented above, thus, because it tries to observe urban processes from the perspective of the individual and outside of developed economies. In this sense, Latin America represents a fundamental reference because urban conditions are historically marked by weak institutional arrangements to integrating people and large levels of marginality and exclusion among population. In this scenario individuals’ practices around inclusion-exclusion have an essential meaning in everyday life.
Part two offers three study cases in which the relation between individuals and school institutions has been analyzed for the Metropolitan area of Santiago de Chile (MAS). Using different methodological resources an exhaustive account on three levels is presented: i) geo-referencing State intervention in public policies connected with neighborhood and schools to understand the form and extent of socio-urban exclusion in MAS, ii) narrative biographies applied to parents with children attending primary school, in order to reconstruct the familiar process of school selection and describing its impacts on the stabilization of school as an exclusionary device, and iii) autoethnography to describe in detail the temporal dimension involved in stabilizing actions which reinforces social mechanisms of urban integration-exclusion during the last three decades in Chile.
A key argument advanced by this research proposes that: the way in which the idea of integration is enacted by people in their biographical careers imprints changes on the institutional orientation and by this way, contributes to the reorganization urban life. The high level of social exclusion in Santiago de Chile is not accountable without considering transformation in all socio-urban institutions, especially the school. No family considers social integration with people from a low social, economical or cultural background as relevant orientation for school selection. This particularity of the Chilean social reality is not derivable from any big capitalistic or modernization processes impacting our cities.
Within the light of the thesis findings, I conclude that socio-urban institutions logics must be reassessment under the influences of people actions and representations. I also propose a consideration to major complementarities between urban studies and urban-institutions analysis. The school institutions is not just a sectorial field reserved to the researcher in education, on the contrary, it represent a key entrance to address people’s experience in their institutional urban environments. The re-emergence of social and urban movements in 2010, under the “Arab Spring” or the “Chilean Student Movements”, is not only a demonstration in the public space as result of major global trends. These situations are in essence, for this research, individuals gathering together and calling for recognition and autonomy inside institutional environment that tends to reject them. Similar situation was the focus of the Latin American urban sociology research, within the focus on grassroots and urban social movements at the end of the 1960s and beginning of the 1970s.
In both cases, socio-urban institutions, unaware of recognition requirements claimed by inhabitants, are not beyond individual or collective reach. My main concern is to show that socio-urban institutions are constantly re-shaped as a result of individual action, what makes the difference, is the spirit that we all, socially, imprint on the logics of our socio-urban institutions, moving them to inclusion or exclusion.
The current thesis presents research about new methods of citizen participation based on digital technologies. The focus on the research lies on decentralized methods of participation where citizens take the role of co-creators. The research project first conducted a review of the literature on citizen participation, its origins and the different paradigms that have emerged over the years. The literature review also looked at the influence of technologies on participation processes and the theoretical frameworks that have emerged to understand the introduction of technologies in the context of urban development. The literature review generated the conceptual basis for the further development of the thesis.
The research begins with a survey of technology enabled participation applications that examined the roles and structures emerging due to the introduction of technology. The results showed that cities use technology mostly to control and monitor urban infrastructure and are rather reluctant to give citizens the role of co-creators. Based on these findings, three case studies were developed. Digital tools for citizen participation were conceived and introduced for each case study. The adoption and reaction of the citizens were observed using three data collection methods.
The results of the case studies showed consistently that previous participation and engagement with informal citizen participation are a determinining factor in the potential adoption of digital tools for decentralized engagement. Based on these results, the case studies proposed methods and frameworks that can be used for the conception and introduction of technologies for decentralized citizen participation.
This research represents an effort made towards contribute to the critical thinking from an analysis of the hegemonic neoliberal ideology, which supports the idea of the end of history and the technocratic universalism which in turn implies the imposition of a single model of life, denying, in the name of realism and the end of utopias, any other alternative possibility.
This makes it necessary to recover the critical thinking to analyze and understand the reality, thus overcoming the ideological barrier towards claiming that things can be otherwise.
It is clear from this research that the discourse of sustainable development has unquestionably transformed the context and content of political activity in Europe. This discourse has exercised and obvious influence in the Governance processes, mainly because it has contributed to the introduction of a new political field, which was then promoted, either explicitly or implicitly by policy-makers, researchers on the field and practitioners during the last three decades. Though it may be bold to affirm that the discourse of sustainable development is the sole driver of these whole set of changes, there is no doubt that it has played a key part in the way in which the governance priorities have been handled in the European continent.
The purpose of this study is to develop self-contained methods for obtaining smooth meshes which are compatible with isogeometric analysis (IGA). The study contains three main parts. We start by developing a better understanding of shapes and splines through the study of an image-related problem. Then we proceed towards obtaining smooth volumetric meshes of the given voxel-based images. Finally, we treat the smoothness issue on the multi-patch domains with C1 coupling. Following are the highlights of each part.
First, we present a B-spline convolution method for boundary representation of voxel-based images. We adopt the filtering technique to compute the B-spline coefficients and gradients of the images effectively. We then implement the B-spline convolution for developing a non-rigid images registration method. The proposed method is in some sense of “isoparametric”, for which all the computation is done within the B-splines framework. Particularly, updating the images by using B-spline composition promote smooth transformation map between the images. We show the possible medical applications of our method by applying it for registration of brain images.
Secondly, we develop a self-contained volumetric parametrization method based on the B-splines boundary representation. We aim to convert a given voxel-based data to a matching C1 representation with hierarchical cubic splines. The concept of the osculating circle is employed to enhance the geometric approximation, where it is done by a single template and linear transformations (scaling, translations, and rotations) without the need for solving an optimization problem. Moreover, we use the Laplacian smoothing and refinement techniques to avoid irregular meshes and to improve mesh quality. We show with several examples that the method is capable of handling complex 2D and 3D configurations. In particular, we parametrize the 3D Stanford bunny which contains irregular shapes and voids.
Finally, we propose the B´ezier ordinates approach and splines approach for C1 coupling. In the first approach, the new basis functions are defined in terms of the B´ezier Bernstein polynomials. For the second approach, the new basis is defined as a linear combination of C0 basis functions. The methods are not limited to planar or bilinear mappings. They allow the modeling of solutions to fourth order partial differential equations (PDEs) on complex geometric domains, provided that the given patches are G1
continuous. Both methods have their advantages. In particular, the B´ezier approach offer more degree of freedoms, while the spline approach is more computationally efficient. In addition, we proposed partial degree elevation to overcome the C1-locking issue caused by the over constraining of the solution space. We demonstrate the potential of the resulting C1 basis functions for application in IGA which involve fourth order PDEs such as those appearing in Kirchhoff-Love shell models, Cahn-Hilliard phase field application, and biharmonic problems.
Structures under wind action can exhibit various aeroelastic interaction phenomena, which can lead to destructive and catastrophic events. Such unstable interaction can be beneficially used for small-scale aeroelastic energy harvesting. Proper understanding and prediction of fluid−structure interactions (FSI) phenomena are therefore crucial in many engineering fields. This research intends to develop coupled FSI models to extend the applicability of Vortex Particle Methods (VPM) for numerically analysing the complex FSI of thin-walled flexible structures under steady and fluctuating incoming flows. In this context, the flow around deforming thin bodies is analysed using the two-dimensional and pseudo-three-dimensional implementations of VPM. The structural behaviour is modelled and analysed using the Finite Element Method. The partitioned coupling approach is considered because of the flexibility of using different mathematical procedures for solving fluid and solid mechanics. The developed coupled models are validated with several benchmark FSI problems in the literature. Finally, the models are applied to several fundamental and application field of FSI problems of different thin-walled flexible structures irrespective of their size.
Abstract
In this research, based on socio-spatiality as the starting point, it has conducted extensive city space analysis to advance a new urban social space theory. Resting upon the basis of traditional continent philosophy, this social space theory has adopted the structuration methods, at the same time trying to build certain combination between theoretical frame work establishment and empirical observations. Therefore, the socio-spatial transition study is neither a macro theory of traditional structuralism nor a typology of urban planning theory, or a positivism social geography, but an operative theory on practical purpose. Firstly, what’s distinct from the traditional structuralism is that this study examines the endless transiting structural relations, not macroscopic narrations of absolute definition and structure. In fact, any city and space are always co-existed in their structurational transiting relationship, thus research in transition has become the main body of this study. And case study is a must for research in transition, as part of efforts to apply the structuration concept into practice reason. Secondly, this study first establishes the fundamental structuration concept of socio-spatial transition, which, as an operative tool, is applied to conduct transition analysis on specific case about the City of Beijing. Therefore, as a social space theory, referring to as science, remains criticism of traditional continent philosophy. However, this criticism did not working on the level of ideology or conceptions, but on transiting under structural relations, keeping it from incompetent ideology criticism of continental critical theory. Unfortunately contemporary urban and space development have now gone extremely unbalanced under a background of globalization; yet traditional macro theories are incapable of either producing significant impact on practice or helping people identify practical problems. While facing general issues, particularly the Chinese urban issue category established on a meta-structured city mode, the micro-case study has plunged into dilemma for unknowing either to ask questions or to answer questions. Therefore, this study is set to identify dilemma and find direction for future relevant research. In this dissertation, Beijing is used as a model, and structuration methods as tools. It has extensively analyzed the social-spatial transition of the city space of Beijing, acquiring brand-new knowledge of its urban space development. It is helpful to an in-depth understanding of the city space development not only in Beijing, but also in many other cities that were influenced by the capital model of Beijing. Since the start of reform and opening-up, China has created a unique development mode of the new-styled metropolitan and urbanization in history. This research is expected to analyze or decode what China’s urban development in between communal space and associative space.
The Chinese Shopping Centre: Integration of a Western Commercial Format into Chinese Urban Space
(2009)
Being transposed to China and absorbed by its urban space, the Western shopping centre undergoes a process of “Sinicisation”, which turns it into a spatial hybrid: a Western retail format shaped by distinctive features of Chinese space production and space use. To a large extent, this study can be regarded as a marginal number of its kind which tries to scientifically understand the impact of a socially, culturally and economically absolutely different urban environment on the model (ideal type) of the Western shopping centre.
Theoretischer Teil:
Durch den Vergleich der Daten, die sowohl von den Instituten bzw. Statistikunternehmen z. B. Google, Bundesnetzagentur und Statista in Deutschland, 中国互联网络信息中心 in China, FIND in Taiwan usw. zur Verfügung gestellt wurden, als auch durch die von mir durchgeführten Umfragen in den jeweiligen Ländern, sowie durch die Interviews in Weimar, zeigen sich die kulturellen Unterschiede sowie die Gemeinsamkeiten bei der Nutzung des Smartphones. Darüber hinaus ergaben sich noch einige Konsequenzen bei den Interpretationen dieser Ergebnisse, die eng mit der Entstehung der kulturellen Unterschiede zusammenhängen.
Praktischer Teil:
Der erste Entwurf ist eine visuelle Tastatur. Um die Bildschirmtastatur zu verbessern, versucht type right ! (der Name meines Entwurfs) das Problem von Vertippen beim Eingeben zu lösen. type right ! hat zwei Schwerpunkte: 1. geänderte Positionen der Buchstaben und Zeichen und 2. geänderte Form der Taste.
Der zweite Entwurf handelt von einem Konzept einer App für die Integrationsmöglichkeit der Kommunikation.
Recent years have seen a gradual shift in focus of international policies from a national and regional perspective to that of cities, a shift which is closely related to the rapid urbanization of developing countries. As revealed in the 2011 Revision of the World Urbanization Prospects published by the United Nations, 51% of the global population (approximately 3.6 billion people) lives in cities. The report predicts that by 2050, the world’s urban population will increase by 2.3 billion, making up 68% of the population. The growth of urbanization in the next few decades is expected to primarily come from developing countries, one third of which will be in China and India.
With rapid urbanization and the ongoing growth of mega cities, cities must become increasingly resilient and intelligent to cope with numerous challenges and crises like droughts and floods arising from extreme climate, destruction brought by severe natural disasters, and aggregated social contradictions resulting from economic crises. All cities face the urban development dynamics and uncertainties arising from these problems. Under such circumstances, cities are considered the critical path from crisis to prosperity, so scholars and organizations have proposed the construction of “resilient cities.” On the one hand, this theory emphasizes cities’ defenses and buffering capacity against disasters, crises and uncertainties, as well as recovery after destruction; on the other hand, it highlights the learning capacity of urban systems, identification of opportunities amid challenges, and maintenance of development vitality. Some scholars even believe that urban resilience is a powerful supplement to sustainable development. Hence, resilience assessment has become the latest and most important perspective for evaluating the development and crisis defense capacity of cities.
Rather than a general abstract concept, urban resilience is a comprehensive measurement of a city’s level of development. The dynamic development of problems is reflected through quantitative indicators and appraisal systems not only from the perspective of academic research, but also governmental policy, so as to scientifically guide development, and measure and compare cities’ development levels. Although international scholars have proposed
quantitative methods for urban resilience assessment, they are however insufficiently systematic and regionally adaptive for China’s current urban development needs. On the basis of comparative study on European and North American resilient city theories, therefore, this paper puts forwards a theoretical framework for resilient city systems consistent with China’s national conditions in light of economic development pressure, natural resource depletion, pollution, and other salient development crises in China. The key factors influencing urban resilience are taken into full consideration; expert appraisal is conducted based on the Delphi Method and the analytic hierarchy process (AHP) to design an extensible and updatable resilient city evaluation system which is sufficiently systematic, geographically adaptable, and sustainable for China’s current urban development needs. Finally, Changsha is taken as the main case for empirical study on comprehensive evaluation of similar cities in Central China to improve the indicator system.
Die Reise der Zeichen - Eine Studie zur symbolischen Bildwelt der Xiyü-Kultur an der Seidenstraße
(2015)
Kurzfassung
Die vorliegende Studie untersucht die traditionellen Xiyü-Zeichen im Visuellen verschiedener Volksgruppen am Beispiel Xinjiangs im Nordwesten Chinas, wo einst die alte Seidenstraße entlangführte. Die Untersuchung versteht sich als ein Versuch der systematischen Darstellung der symbolischen Bildwelt in Xinjiang und damit im weiteren Sinne auch als ein Versuch, das Xiyü-Kulturerbe zu bewahren, das angesichts des tiefgreifenden Wandels in China und der Go-West-Strategie des chinesischen Wirtschaftsprogramms, welches sich auf die weiten Westgebiete Chinas bezieht, in Gefahr geraten ist. Es muss ein Weg gefunden werden, Modernisierung und Tradition in Einklang zu bringen.
Diese Studie beschreibt, analysiert und bewertet exemplarisch, wie sich Zeichen und Symbole des Wissens und der Kultur entlang der Seidenstraße in Xinjiang zwischen den östlichen und westlichen Kulturen vermischt haben, wie sie übertragen wurden und inwieweit die Xiyü-Kultur reflektiert, dass Xinjiang ein Treffpunkt zwischen östlichen und westlichen Einflüssen war. In der Annährung an dieses Forschungsziel werden drei Hauptfragen zusammengefasst:
Erstens, was kann das Erfahrungsmodell der alten Seidenstraße zum Verständnis der kulturellen Entwicklung im heutigen Informationszeitalter beitragen?
Zweitens, was bedeutet Vielfalt für die kulturelle Kommunikation in Xinjiang? Steigen die Medienereignisse der visuellen Kommunikation und die internationalen Einflüsse an?
Drittens, wie kann Xinjiang die Chancen der Go-West-Strategie des chinesischen Wirtschaftsprogramms in einer zunehmend globalisierten Welt nutzen und in der zukünftigen weltwirtschaftlichen Entwicklung wieder Vitalität zeigen?
Um sich auf diese Weise den Antworten zu nähern, verwendet diese Studie einen Ansatz, der eine kulturanthropologische Perspektive integriert. Auf Grundlage einer Feldstudie werden Eigenschaften der traditionellen visuellen Xiyü-Zeichen, ihre Bedeutung für die ethnischen Volksgruppen Xinjiangs und den kulturellen Austausch zwischen Europa und Asien diskutiert und der besondere Einfluss von Handel und Verkehrswegen aufgezeigt.
Die visuellen Zeichenformen der Xiyü-Kultur wurden von der Zeit vor der Islamisierung bis hin zur heutigen islamischen Zeit dargestellt. Die Forschung zeigt, dass die Zeichen kein ortsgebundenes Kulturphänomen oder eine lokale Tradition sind, vielmehr werden sie von regionalen, nationalen und internationalen Kulturkreisen bewusst oder unbewusst beeinflusst. Sie sind ein Ergebnis kultureller Kommunikation. Schließlich setzt sich die Studie mit den Zeichen der Xiyü-Kultur Xinjiangs in Relation mit der Go-West-Strategie der chinesischen Regierung auseinander. Die wirtschaftliche Entwicklung bringt für Xinjiang nicht nur Modernisierung und Wohlstand, sondern auch ein kulturelles und ökologisches Ungleichgewicht.
Der Mensch strukturiert alles, was er in seiner Umgebung wahrnimmt, mit Zeichen. Die Xiyü-Zeichen schaffen eine visuelle Strukturierung. Die Xiyü-Kultur hat nach wie vor Einfluss auf die Lebensweise der ethnischen Gruppen in Xinjiang. Heute hat die Konfrontation zwischen der traditionellen Xiyü-Kultur und der wirtschaftlichen Entwicklung zu einem ernsthaften Konflikt in Xinjiang geführt.
Diese Studie versteht sich als eine kritische Interpretation der aktuellen Situation der Xiyü-Kultur bzw. des chinesischen Wirtschaftsprogramms in Xinjiang. Sie will darüber hinaus einen Beitrag leisten zur Analyse der bislang nur unzureichend erfassten Wechselwirkungen zwischen Geschichte, Kultur, Politik und Wirtschaft in der kulturellen Globalisierung in Xinjiang.
Exploratory Research into Transformation Processes of Former Industrial Complexes of Leipziger Baumwollspinnerei (Leipzig) and Mattatoio di Testaccio (Rome); New Meanings of Industrial Heritage
Physical manifestations of the Industrial Revolution left a permanent imprint on the complexion of cities. Abandonment that followed the deindustrialization contributed to an estrangement, turning derelict industrial spaces and run‐down factories into a ballast to conjure with. At present, industrial heritage management applies flexibility and creativity, partially overcoming the essentially traditional paradigm of heritage preservation. This approach permits sustainable conservation – utilization and integration of disused industrial constructs in the contemporary urban landscape. Being a part of the European cultural stock, industrial heritage is an exciting and unique setting from many perspectives. It is defined and consumed by many markets, ranging from the industrial heritage tourism to the market of special events and festivals. Reused industrial buildings and factories come into view as products of post‐industrial societies, fitting to the Western post‐industrial (consumer) culture, offering a field of activities that are at an interface between the industrial history and contemporary socio‐cultural milieu.
Alteration of values, growth of new roles and definitions of industrial heritage, generated by functional restructuring, is a subject which is often left behind the general discussion about sustainable conservation and adaptive reuse of industrial heritage. Yet, in the modified state, industrial heritage is very complex to understand and to define.
By conducting a desk and a case study research of former industrial complexes – Leipziger Baumwollspinnerei and Mattatoio di Testaccio, this doctoral thesis aims to identify industrial heritage as a contemporary (post‐industrial) concept. Observation of ideas, values and definitions that emerge as a consequence of the transformation and re‐conceptualization of industrial heritage are intended to raise awareness and appreciation of industrial heritage in the full richness of its contemporary interpretation.
Revisiting vernacular technique: Engineering a low environmental impact earth stabilisation method
(2022)
The major drawbacks of earth as a construction material — such as its low water stability and moderate strength — have led mankind to stabilize earth. Different civilizations developed vernacular techniques mainly focussing on lime, pozzolan or gypsum stabilization. Recently, cement has become the most commonly used additive in earth stabilization as it improves the strength and durability of plain earth. Also, it is a familiar and globally available construction material. However, using cement as an additive reduces the environmental advantages of earth and run counter to global targets regarding the reduction of CO2 emissions. Alternatives to cement stabilization are currently neither efficient enough to reduce its environmental impact nor allow the possibility of obtaining better results than those of cement. As such, this thesis deals with the rediscovery of a reverse engineering approach for a low environmental impact earth stabilization technique, aiming to replace cement in earth stabilization.
The first step in the method consists in a comprehensive review of earth stabilization with regards to earthen building standards and soil classification, which allows us to identify the research gap. The review showed that there is great potential in using other additives which result in similar improvements as those achieved by cement. However, the studies that have been conducted so far either use expansive soils, which are not suitable for earth constructions or artificial pozzolans that indirectly contribute to CO2 emissions. This is the main research gap.
The key concept for the development in the second step of the method is to combine vernacular additives to both improve the strength and durability of plain earth and to reduce the CO2 emissions. Various earth-mixtures were prepared and both development and performance tests were done to investigate the performance of this technique. The laboratory analyses on mix-design have proven a high durability and the results show a remarkable increase in strength performance. Furthermore, a significant reduction in CO2 emissions in comparison to cement stabilization could be shown.
The third step of the method discusses the results drawn from the experimental programme. In addition, the potential of the new earth mixture with regards to its usability in the field of building construction and architectural design is further elaborated on.
The method used in this study is the first of its kind that allows investors to avoid the very time-consuming processes such as finding a suitable source for soil excavation and soil classification. The developed mixture has significant workability and suitability for production of stabilized earthen panels — the very first of its kind. Such a panel is practically feasible, reasonable, and could be integrated into earthen building standards in general and in particular to DIN 18948, which is related to earthen boards and published in 2018.
The aim of this doctoral thesis was to investigate whether the German term “shrinking city” is appropriate to depopulating Polish cities. In order to do so an attempt to define the currently still vague notion of “shrinking city” was made. The urban development of Eastern Germany was thoroughly examined both in a short term perspective and in a wide historical as well as international context, with the Polish urban development used as reference. 25 cities (kreisfreie Städte) in Eastern Germany and depopulating Polish cities: Łódź and the Metropolis Silesia were chosen as case studies.
On the basis of the gathered information a “shrinking city” in Eastern Germany was defined as a city with a long-lasting population decrease coupled with over-dimensioned, growth-oriented development policies carried out for decades. Such a development path is triggering negative consequences in the spatial, economic and also demographic dimension, which tend to intensify each other.
The thesis postulates that the definition of the “shrinking city in Eastern Germany” is not appropriate to depopulating cities in Poland. Polish cities are characterized by a short-lasting population decrease and this trend is not triggering negative spatial and economic consequences. Oversized growth development policies were never present in the cities and they still suffer from great deficiencies in housing and other basic infrastructure, which derive from the socialist period. Furthermore, radical de-economization, known from Eastern German cities, did not occur in the Polish cities. Both Łódź and the Metropolis Silesia remain main production centers of the country.
This doctoral thesis presents a contradictory view to contemporary publications on “shrinking cities”, in which this phenomenon is regarded as having occurred suddenly after the collapse of the socialism. It proved that “shrinking cities” in Eastern Germany are not the outcome of short-lasting processes, but are deeply rooted in the past. Moreover, they represent a very distinct development pattern that highly differentiates from the one found in Central Eastern Europe and the one in Western Europe. In this way the doctoral thesis provided a new, critical approach to the discourse on “shrinking cities” in Germany. It also draws attention to the importance of the historical analysis in cities’ development research, particularly in cross border studies. In time of European integration peculiarities resulting from centuries of different spatial, economic and social development paths should not be underestimated.
Organisation im soziotechnischen Gemenge - Mediale Umschichtungen durch die Einführung von SAP
(2017)
Der Alltag in Organisationen besteht vor allem aus den Medien und Technologien, mit denen die Koordination zwischen einzelnen Arbeitsabläufen hergestellt wird.
Diese ethnografische Studie begleitet den Prozess der Einführung eines SAP-Systems in einem mittelständischen Unternehmen und zeigt, wie das bestehende Geflecht aus Praktiken und Technologien eine Neuanordnung erfährt. Dabei tritt das komplexe soziotechnische Gemenge zutage, auf dem Koordination und Organisation beruhen. Es geht um Hardware, ebenso wie Software, um mechanische und elektronische Medien, um Papiere, Drucker, Akten, Interfaces und Tastaturen, aber auch um die jahrzehntelang eingespielten Routinen und das Erfahrungswissen der Angestellten.
Die Arbeit untersucht auf der Basis der Neuen Institutionenökonomik die Rolle von Immobilieninvestoren, d.h. offene und geschlossene Immobilienfonds, Real Estate Investment Trusts, Real Estate Private Equity Fonds und Lebensversicherungen, auf dem deutschen Markt für Public Private Partnership Projekte im öffentlichen Hochbau. Dafür werden Immobilienanlagevehikel als institutionelle Ausgestaltung einer Prinzipal-Agent-Beziehung aufgefasst, bei der der Anleger als Prinzipal die Kapitalanlage an den Immobilieninvestor als Agent delegiert. Die geschäftlichen Aktivitäten eines Immobilieninvestors werden durch den normierten Handlungsspielraum, d.h. die rechtlichen Vorgaben, determiniert. Daneben beeinflusst auch die Ausgestaltung der PA-Beziehung, d.h. die Rechte des Prinzipals und die Anreize für den Agenten, die geschäftlichen Aktivitäten eines Immobilieninvestors. Zusammengeführt werden diese beiden Kategorien unter dem Begriff des „definierten Gestaltungsrahmens“, der als Rahmen der geschäftlichen Aktivitäten eines Immobilieninvestors verstanden wird, der dessen PPP-Investitionsmöglichkeiten bestimmt. So ist die Eignung eines Immobilieninvestors für eine PPP-Investition davon abhängig, ob sein „definierter Gestaltungsrahmen“ zum „erforderlichen Gesamtgestaltungsrahmen“ des PPP-Projektes passt. Letzterer wird dabei durch das PPP-Vertragsmodell, die PPP-Immobilienart, die PPP-Wertschöpfungsphase sowie die gewählte Handlungsoption des Investors auf dem PPP-Markt determiniert. In der Arbeit werden theoretische PPP-Investitionsmodelle entwickelt, in denen dargelegt wird, welche Immobilieninvestoren in welche PPP-Projekte investieren sollten. Dabei werden Empfehlungen zu den geeigneten Handlungsoptionen des jeweiligen Investors auf dem PPP-Markt erarbeitet und dargelegt, in welcher PPP-Wertschöpfungsphase dieser investieren sollte und welche der PPP-Vertragsmodelle und PPP-Immobilienarten für eine Investition geeignet sind. Zudem werden Gestaltungsempfehlungen zum rechtlichen Rahmen hergeleitet. Des Weiteren werden die Immobilieninvestoren auch für die bisher schon auf dem PPP-Markt agierenden Bau- und Betreiberunternehmen, insbesondere den Mittelstand, als potentielle Kooperationspartner auf dem Erstmarkt (Primärmarkt), als Exitpartner auf dem Zweitmarkt (Sekundärmarkt) oder als Wettbewerber klassifiziert. Die Thematik ist auch für die öffentliche Hand von Interesse, da der durch den Markteintritt neuer Investoren erhöhte Wettbewerb die Konditionen der PPP-Verträge verbessern kann und die Einbindung des Mittelstandes in PPP-Projekte ausdrückliches Ziel der Bundesregierung ist.
Das Ziel dieser Arbeit war es, durch Verwendung geeigneter vorhandener CAD-Pläne die Bearbeitung neuer CAD-Pläne zu unterstützen. Entstanden ist ein generischer Ansatz zum fallbasierten Schließens. Da in CAD-Plänen die räumliche Struktur eine wichtige Rolle spielt, ist das Konzept auf strukturorientierte Anwendungen ausgerichtet. Deshalb bezeichne ich es als ein Konzept zum " strukturorientierten fallbasierten Schließen". Die Arbeit spezifiziert das Minimum an Wissen, welches zur Suche und Wiederverwendung von Fällen benötigt wird, wie das darüber hinausgehende Wissen verarbeitet wird, welche Zusammenhänge es zum Beispiel zwischen Vergleichs- und Anpassungswissen gibt und wie man das Wissen modellieren kann. Zur Erläuterung wird das benötigte Wissen anhand verschiedener Anwendungen dargestellt. Das in der Arbeit vorgestellte Konzept erlaubt die Ergänzung, Detaillierung und Korrektur einer Anfrage. Die beiden entscheidenden Algorithmen dienen dem Vergleich von Anfrage und Fall und der Anpassung der Information des Falles zur Modifikation der Anfrage.
Seit 1969 werden für die Bundesrepublik kontinuierlich Berechnungen zu den Gesamtkosten des Straßenverkehrs der Bundesfernstraßen und deren Verteilung auf die Verkehrsteilnehmer durchgeführt. Die Ergebnisse der Wegekostenrechnungen der Jahre 2002 und 2007 sind die Grundlage für die mittlerweile für das deutsche Autobahnnetz eingeführte fahrleistungsbezogene Benutzungsgebühr für Lkw mit einem zulässigen Gesamtgewicht von mindestens zwölf Tonnen. Damit wird die Forderung der EU-Richtlinie 1999/62/EG umgesetzt, nach der sich die durchschnittlichen Straßenbenutzungsgebühren an den Kosten für den Bau, den Betrieb und den Ausbau des betreffenden Verkehrswegenetzes orientieren sollen. Mit der EU-Richtlinie 2006/38/EG kündigt sich die weitere Entwicklung bei der Berechnung von Straßenbenutzungsgebühren an. Zukünftig sollen auch externe Kosten in die Berechnung einfließen. Ein erster Schritt zur Berücksichtigung dieser externen Kosten erfolgte mit Erstellung eines Handbuchs im Rahmen eines EU-Forschungsprojektes. Das Handbuch enthält aufgrund der unterschiedlichen Rahmenbedingungen in den Mitgliedsstaaten der EU keine exakten Berechnungsvorschriften, sondern stellt verschiedene methodische Ansätze bisher durchgeführter Studien zu externen Kosten vor, gibt Empfehlungen hinsichtlich der Methodenwahl und beinhaltet Schätzungen über die Höhe der externen Kosten. Die im europäischen Raum in den vergangenen Jahren durchgeführten Studien zur Ermittlung externer Kosten des Verkehrs zeichnen sich durch einander ähnelnde Vorgehensweisen aus, die aber vor allem hinsichtlich der Kostenrechnungsart und der verwendeten Kostensätze aus Sicht des Verfassers der vorliegenden Arbeit kritische Aspekte aufweisen. In der vorliegenden Dissertationsschrift wird daher eine alternative Berechnungsmethodik zur Ermittlung abschnitts-, fahrzeugklassen- und fahrleistungsbezogener externer Kosten für Autobahnen entwickelt und an einem ausgewählten Beispielnetz zur Anwendung gebracht. Dabei wird in einigen wesentlichen Punkten von der in aktuellen Studien überwiegend gewählten Vorgehensweise abgewichen, um eine andere Sichtweise darzustellen. Damit trägt die vorliegende Arbeit substanziell zur Erweiterung des Erkenntnisstands zu Berechnungsmethoden externer Kosten des Straßenverkehrs bei. Die hier entwickelte Berechnungsmethodik ist außerdem als Grundlage für ein in der Praxis anwendbares Verfahren zu verstehen und zeichnet sich auch daher durch eine einfach zu handhabende Übertragbarkeit auf das gesamte Autobahnnetz Deutschlands aus. Die Abschnitte entsprechen den Teilstrecken zwischen zwei Autobahnanschlussstellen. Es wird zwischen den beiden Fahrzeugklassen "Lkw ab 12 t zulässigem Gesamtgewicht" und "Sonstigen Fahrzeugen" unterschieden. Obwohl momentan nur eine Benutzungsgebühr für Lkw ab 12 t zulässigem Gesamtgewicht erhoben wird, ist es mit der entwickelten Methodik möglich, fahrleistungsbezogene externe Kosten für alle Kfz angeben zu können. Die Einbeziehung externer Nutzen wird in diesem Zusammenhang andiskutiert; der Schwerpunkt liegt allerdings auf den externen Kosten. Im Rahmen der Arbeit werden zunächst Definitionen wesentlicher Terminologien dargestellt, soweit diese für das Verständnis der sich anschließenden Diskussion und Festlegung der Grundlagen der entwickelten Berechnungsmethodik notwendig erscheinen. Diese Diskussion und Festlegung umfasst die Bereiche Kostenrechnungsart, Bewertungsverfahren zur Ermittlung des Wertegerüsts, Diskontrate, zu betrachtende Kostenbereiche, Mengengerüst und Allokationsrechnung. Darauf folgend werden die betrachteten Kostenbereiche anhand vorliegender Studien und eigener Überlegungen detailliert dargestellt und das Wertegerüst bestimmt. Außerdem wird die Allokationsrechnung und das für die Berechnung heranzuziehende Mengengerüst für jeden Bereich separat vorgestellt. Anschließend wird die entwickelte Berechnungsmethodik auf ein Beispielnetz (Autobahnnetz Thüringen) angewendet. Neben der Vorstellung des Untersuchungsgebiets, der Berechnung der externen Kosten und der disaggregierten Ergebnisdarstellung wird die Einteilung des Beispielnetzes in unterschiedliche Preiskategorien auf der Grundlage der abschnittsbezogen vorliegenden Ergebnisse diskutiert, auf deren Basis die externen Kosten über Straßenbenutzungsgebühren internalisiert werden könnten. Im Rahmen einer Sensitivitätsanalyse werden einzelne Annahmen der Berechnungsmethodik bzw. Kostensätze des Wertegerüsts variiert. Die Auswirkungen dieser Variationen werden wiederum am Beispielnetz, für das erneute Kostenberechnungen vorgenommen werden, dargelegt. Abschließend werden offen gebliebene Fragestellungen und Empfehlungen für weitere Untersuchungen benannt.
The modern industries of the 19th and 20th centuries had multiple effects on the spatial transformation of cities and regions. The past decade has witnessed increasing scholarly and governmental attempts toward conserving modern industrial heritage in the so-called Global North, with the goal, among others, of leveraging this heritage as a driver for urban economic development. In Egypt, the process continues to lag behind; on the one hand, this is due to the perplexing official recognition of the (in)tangible witnesses of modern industries. On the other hand, the official recognition and previous publications focus predominantly on weighing the significance of industrial structures based on their monumental architectural aesthetics. Their historical urban role and spatial attributes as part of urban heritage have yet to be seriously acknowledged. Accordingly, this hinders the integration of the extant industrial sites into the broader debate surrounding urban conservation, leaving them vulnerable to decay and destruction.
This dissertation steers away from the singular investigation of selective modern industrial sites to recall their historical spatial development on a city scale. This is effected by investigating a case study - the Egyptian port city of Alexandria. With the limited secondary data available on modern industries in Alexandria, this dissertation relied predominantly on primary sources. The author collected and leveraged both quantitative and qualitative data to recontextualize modern industries in terms of their spatial dynamics, order, and rationale within cities’ transformation.
By recalling historical spatial development in Alexandria, the contribution of this dissertation lies in highlighting what the author refers to as the Omitted Heritage. This is defined by the modern industries in Egypt that are intentionally, unintentionally, and forgetfully excluded in terms of physical documentation, evaluation, appreciation, and integration within urban development plans. The method used excavated the richness of the established modern industries in Alexandria in terms of their quantity and diversity, which would have otherwise remained largely forgotten. The contextualization of modern industries unveiled spatial periodization, spatial dynamics, and conceptual development. The study draws on important analytical aspects that transcend the sites’ boundaries, elevating their significance to the municipal, regional, national, and even global levels. Its recommendations for further research are also divided into those levels.
Strategien der Sichtbarkeit und Sichtbarmachung von ‚Wearable Enhancement‘ im Bereich Smart Health
(2022)
Die vorliegende Forschungsarbeit befasst sich mit der Entwicklung und Gestaltung von körpernahen, tragbaren Artefakten für den digitalisierten Gesundheitsbereich. Unter dem entwickelten Begriff des Wearable Enhancements werden die verschiedenen Termini aus smarten Textilien, Fashion Technologies, Wearable Technologies sowie elektronischen Textilien zusammengefasst und zwei zentrale Forschungsfragen untersucht. Wie kann Wearable Enhancement im Bereich Smart Health ethisch, sozial und ökologisch entwickelt und gestaltet werden? Inwiefern können textile Schnittstellen die Wahrnehmung und die Wahrnehmbarkeit des Körpers verändern? Mit der ersten Forschungsfrage sollen vorrangig Ansätze und Strategien der Sichtbarkeit für die Entwicklung und Gestaltung diskutiert werden, welche Aussagen für die Designpraxis, den Gestaltungs- und Designforschungsprozess sowie die Designlösungen selbst generieren sollen. Die zweite Forschungsfrage zielt darauf, Formen der Sichtbarmachung von sowie für Wearable Enhancement zu untersuchen.
Anhand von drei konkreten Fallstudien werden wesentliche Aspekte der Rezeption, Perzeption, Konstruktion, Konfiguration und Konzeption von soziotechnischen Artefakten zur Funktionssteigerung des menschlichen Körpers untersucht und verschiedene Formen der Sichtbarkeit und Sichtbarmachung entwickelt. In der Arbeit wird ein dual-angelegter transdisziplinärer Designforschungsansatz entwickelt und praktiziert, welcher sowohl die menschlichen Bedürfnisse der Nutzer*innen als auch die Weiterentwicklung von Technologien berücksichtigt. Auf dieser Grundlage wird versucht Anregungen für ein zukunftsfähiges und zugleich verantwortungsorientiertes Design zu geben.
The increasing success of BIM (Building Information Model) and the emergence of its implementation in 3D construction models have paved a way for improving scheduling process. The recent research on application of BIM in scheduling has focused on quantity take-off, duration estimation for individual trades, schedule visualization, and clash detection.
Several experiments indicated that the lack of detailed planning causes about 30% non-productive time and stacking of trades. However, detailed planning still has not been implemented in practice despite receiving a lot of interest from researchers. The reason is associated with the huge amount and complexity of input data. In order to create a detailed planning, it is time consuming to manually decompose activities, collect and calculate the detailed information in relevant. Moreover, the coordination of detailed activities requires much effort for dealing with their complex constraints.
This dissertation aims to support the generation of detailed schedules from a rough schedule. It proposes a model for automated detailing of 4D schedules by integrating BIM, simulation and Pareto-based optimization.
Public Private Partnership (PPP) setzt sich zunehmend als alternative Beschaffungsvariante für die öffentliche Hand durch. Im Krankenhausbereich bestehen erste Erfahrungen mit PPP, allerdings kann hier im Gegensatz zu anderen öffentlichen Bereichen noch nicht von einer Etablierung gesprochen werden. In vielen Krankenhäusern besteht Unklarheit über dieses neue Organisationskonzept. Was steckt hinter diesem Begriff, der teilweise synonym zur „Privatisierung“ verwendet wird? Ausgehend von dieser Fragestellung wird in der vorliegenden Arbeit gezeigt, dass PPP bei richtiger Anwendung eine Alternative zum Verkauf eines öffentlichen Krankenhauses darstellt. PPP ist ein Instrument, mit dem privates Know-how und Kapital für den öffentlichen Krankenhausträger nutzbar gemacht wird. Die öffentliche Trägerschaft des Krankenhauses bleibt dabei, im Gegensatz zu einer materiellen Privatisierung, erhalten. Die Rahmenbedingungen des Gesundheitswesens stellen insbesondere die öffentlichen Krankenhäuser vor große Herausforderungen. Die Lage ist zunehmend geprägt von Mittelknappheit, Sanierungsstau und stetig steigendem Wettbewerbsdruck um die Patienten. Die Reformbemühungen der Bundesregierung zur Senkung der Gesundheitsausgaben haben in den letzten Jahrzehnten zu immer neuen Gesetzesregelungen in immer kürzeren Zeitabständen geführt. Den bisher letzten großen Schritt in dieser Entwicklung stellt die Umstellung der Krankenhausvergütung auf DRG-Fallpauschalen dar. Die Auswirkungen sind insbesondere in den öffentlichen Krankenhäusern zu spüren. Defizitäre Einrichtungen, die bisher durch Subventionen gestützt wurden, werden nun nicht mehr „künstlich am Leben“ erhalten. Alle Krankenhäuser erhalten eine leistungsorientierte Vergütung, weitgehend unabhängig von den krankenhausspezifisch anfallenden Kosten. Durch diese Entwicklungen wurde das Bestreben in den Krankenhäuser, die internen Leistungsprozesse zu optimieren, weiter forciert. Dabei kommt den mit der Gebäudesubstanz verbundenen Leistungen eine besondere Bedeutung zu. Aufgrund hoher Investitionskosten und bedeutender Aufwendungen in der Nutzungsphase erreichen die nicht-medizinischen Leistungen in einem Krankenhaus einen beachtlichen Anteil an den Gesamtkosten. Fast ein Drittel der Krankenhaus-Kosten steht nicht in direkter Beziehung zum Heilungsprozess. In Deutschland macht dieser Anteil der nicht-medizinischen Abläufe jährlich rd. 18 Mrd. Euro aus. Das Optimierungspotenzial des nicht-medizinischen Leistungsbereichs, der auch die bau- und immobilienwirtschaftlichen Leistungen umfasst, wird bisher oft noch unterschätzt und ist in den meisten Fällen noch nicht ausgeschöpft. Allein schon aufgrund dessen finanzieller Bedeutung bedarf es einer verstärkten wissenschaftlichen Auseinandersetzung. Dieser Notwendigkeit ist bisher noch unzureichend Rechnung getragen wurden. Die vorliegende Arbeit will mit der Erforschung der Anwendbarkeit von PPP für Krankenaus-Immobilien einen Beitrag dazu leisten, diese Lücke zu schließen. Mit dieser für den deutschen Krankenhausbereich neuartigen Beschaffungsvariante wird ein Weg aufgezeigt, wie bei den nicht-medizinischen Leistungen nachhaltig Effizienzpotenziale erschlossen werden können und auf diese Weise ein Beitrag zum wirtschaftlichen Erfolg des gesamten Krankenhauses erzielt werden kann.
The most fundamental understating of hybridization methodology takes the form of stable but dynamic notions, accumulated over time in the memory of individuals. Schematized and abstracted, the hybrids representation needs to be reproduced and reused in order to reconstruct and bring back other memories. Reinvented, or reused hybrids can support getting access to social, traditional, religious understanding of nations. In this manner, they take the form of the messenger / the mediator an innate, equivalent to the use of mental places in the art of memory. We remember mythology in order to remember other things.
From individual memory perspective, or group collective memory, the act of recollection is assumed to be an individual act, biologically based in the brain, but by definition conditioned by social collectives. Following Halbwachs, this thesis does not recognize a dichotomy between individual and collective memory as two different types of remembering. Conversely, the collective is thought of as inherent to individual thought, questioning perspectives that regard individual recollection as isolated from social settings. The individual places himself in relation to the group and makes use of the collective frameworks of thought when he localizes and reconstructs the past, whether in private or in social settings. The frameworks of social relations, of time, and of space are constructs originating in social interaction and distributed in the memory of the group members. The individual has his own perspective on the collective frameworks of the group, and the group’s collective frameworks can be regarded as a common denominator of the individual outlooks on the framework.
In acts of remembering, the individual may actualize the depicted symbols in memory, but he could also employ precepts from the environment. The latter have been referred to as material or external frameworks of memory, suggesting their similar role as catalysts for processes of remembrance such as that of the hybrids in my paintings. It is only with reference to the hybrids, who work as messengers / mediators with a dual nature, that communicate between the past and the present, the internal and external space, that individual memory and group memory is in focus.
The exhibition at the Egyptian museum in Leipzig is my practical method to create a communicative memory, using hybrids as mediators in cultural transimission, as when the act refers to informal and everyday situations in which group members informally search for the past, it takes place in the communicative
162
memory. As explained in chapter one, the exhibition at the Egyptian museum in Leipzig is an act of remembering in search for the past with support of my paintings, which then can considered as part of the cultural memory.
In addition to the theoretical framework summarized above, I have applied my hypothesis practically in the form of the public exhibition, and shared the methodology with public audience from Cairo / Egypt and Leipzig / German in the form of visual art workshops and open discussions. I have also suggested an analyzed description of the meaning of hybrids in my artwork as mediators and messengers for the purpose of cultural transmission, as well as in relation to other artists’ work and use of a similar concept.
By using my hybrid creatures in my visual artwork, I am creating a bridge, mediators to represent both the past and the present, what we remember of the past, and how we understand the past. It is as explained in chapter two; that the hybridization methodology in terms of double membership represented in different cultures –Cairo / Egypt and Leipzig / Germany- can provide a framework which allows artistic discussions and could be individually interpreted, so individual cultures / individual memory can become transparent without losing their identities and turn into communicative memory. This transmission through the hybridization theoretical approech was explicitly clarified with the support of Krämer’s hypothesis. The practical attempt was examined by creating a relationship between the witness –me as an artist– and the audience –the exhibition visitors–, to cross space and time, not to bridge differences, rather to represent the contrasts transparently.
The Kin-making proposition is adopted by many academics and scholars in modern society and theoretical research; the topic was represented in the roots of the ancient Egyptian mindset and supported theoretically by similar understandings such as Haraway’s definition of kin-making. The practical implementation of kin- making can be observed in many of my artwork and was analyzed visually and artistically in chapter three.
My practical project outcome tested success by using hybrids in my paintings as mediators, it opened a communicative artistic discussion. This methodology gave a possible path of communication through paintings / visual analyses, and offered relativity through image self-interpretation.
Die vorliegende Arbeit besitzt zwei Schwerpunkte. Zum einen wird das Einsatzhärten von Bauteilen basierend auf vorhandenen Materialmodellen simuliert. Zum anderen wird ein Konzept zur Abschätzung der Dauerfestigkeit einsatzgehärteter Bauteile vorgestellt, in dem wesentliche Ergebnisse der Wärmebehandlungssimulation als neue Ausgangsgrößen verwendet werden. Damit konnte erstmals ein geschlossenes werkstoffmechanisches Dauerfestigkeitskonzept für einsatzgehärtete Bauteile erarbeitet werden. Für die Analyse beliebiger Bauteilgeometrien ist eine Implementation der Materialmodelle in die FEM notwendig. Im Rahmen dieser Arbeit wurde das FE-Programm ABAQUS verwendet. Speziell für dieses FE-Programm wurde innerhalb dieser Arbeit das Subroutine-System ANTRI zur Simulation des Einsatzhärtens und Abschätzung der Dauerfestigkeit für einsatzgehärtete Bauteile entwickelt. Zur Verifikation des Subroutine-Systems ANTRI wurden experimenteller Ergebnisse aus der Literatur herangezogen. Für alle untersuchten Beispiele wurde eine sehr gute Übereinstimmung zwischen experimentell ermittelten Daten und simulierten Daten festgestellt.
Der Schwerpunkt der Arbeit ist die Entwicklung eines Berechnungskonzeptes, mit dem die Auswirkungen des zeitabhängigen Materialverhaltens des Betons und der Spannbewehrung auf das Tragverhalten von Stahlbeton und Spannbetonbauteilen wirklichkeitsnah abgeschätzt werden können. Dabei wird auf die Berücksichtigung des nichtlinearen Kriechens und der Rißbildung besonderer Wert gelegt. Das Konzept basiert auf der sukzessiven Ermittlung der Schnittgrößenanteile und der Deformationen zu festgelegten Zeitpunkten, wobei die Ergebnisse der vorausgehenden Zeitschritte berücksichtigt werden können. Ausgehend von der Formulierung des mechanischen Problems als Extremalaufgabe wird die Berechnung innerhalb eines Zeitschritts auf die Lösung einer quadratischen Optimierungsaufgabe zurückgeführt, wobei die Rißbildung des Betons und geometrisch nichtlineare Einflüsse berücksichtigt werden können. Die Einbeziehung des nichtlinearen Kriechens erfolgt durch Beschleunigung der linearen Kriechgeschwindigkeit mit einem, von der aktuellen Betonspannung abhängigen Kriechzahlerhöhungsfaktor. Das Berechnungsmodell wird anhand von Langzeitversuchen an hochbelasteten Betonprismen und Stahlbetonstützen verifiziert. In umfangreichen numerischen Untersuchungen wird der Einfluß des nichtlinearen Kriechens auf das Tragverhalten von vorgespannten Querschnitten und Stahlbetonstützen analysiert.
Die Einflüsse polymerer Zusätze auf die Ausbildung der Mikrostruktur im frühen Stadium der Erhärtung und auf die Eigenschaften, insbesondere die Dauerhaftigkeit der modifizierten Mörtel wurden erforscht. Es sollte die Frage beantwortet werden, ob durch die Modifizierung die Dauerhaftigkeit von Mörteln mehr verbessert werden kann, als dies durch übliche betontechnologische Maßnahmen möglich ist. Die Ausbildung der Mikrostruktur in den ersten 24 Stunden der Erhärtung wurde mit verschiedenen Methoden, u.a. mittels ESEM, untersucht. Es wurden Modellvorstellungen zur Ausbildung der organischen Matrix und der anorganischen Matrix entwickelt: Interaktionen sind Adsorptionsreaktionen, Agglomerationen und Behinderung der Hydratation. Es wurden Frisch- und Festmörteluntersuchungen beschrieben und interpretiert. Unterschiedliche Dauerhaftigkeitsuntersuchungen wurden durchgeführt und bewertet. Die Mikrostruktur der Festmörtel wurde hinsichtlich ihres Einflusses auf die Dauerhaftigkeit betrachtet.
Die kommunale Energiewende stellt die beteiligten Akteure vor große Herausforderungen: Auf Grundlage strukturierter Daten sollen Maßnahmen
für eine nachhaltige Infrastruktur geplant und umgesetzt werden. Oft fehlt
den Beteiligten jedoch das nötige Wissen über die lokalen Potentiale und Rahmenbedingungen—und an geeigneten Methoden der Informationsvermittlung. Gegenstand dieser Arbeit ist die Analyse der Planungsstrukturen und der Entwurf eines visuellen Informationssystems. Mit der vorliegenden Untersuchung wird gezeigt, wie mit Hilfe von Befragungen, partizipativen Visualisierungen, fiktionalen Szenarien und der systematischen Anwendung visueller Variablen eine fundierte Grundlage geschaffen werden kann für eine nutzerorientierte Gestaltung.
One of the main criteria determining the thermal comfort of occupants is the air temperature. To monitor this parameter, a thermostat is traditionally mounted in the indoor environment for instance in office rooms in the workplaces, or directly on the radiator or in another location in a room. One of the drawbacks of this conventional method is the measurement at a certain location instead of the temperature distribution in the entire room including the occupant zone. As a result, the climatic conditions measured at the thermostat point may differ from those at the user's location. This not only negatively impacts the thermal comfort assessment but also leads to a waste of energy due to unnecessary heating and cooling. Moreover, for measuring the distribution of the air temperature under laboratory conditions, multiple thermal sensors should be installed in the area under investigation. This requires high effort in both installation and expense.
To overcome the shortcomings of traditional sensors, Acoustic travel-time TOMography (ATOM) offers an alternative based on measuring the transmission sound velocity signals. The basis of the ATOM technique is the first-order dependency of the sound velocity on the medium's temperature. The average sound velocity, along the propagation paths, can be determined by travel-times estimation of a defined acoustic signal between transducers. After the travel-times collection, the room is divided into several volumetric grid cells, i.e. voxels, whose sizes are defined depending on the dimension of the room and the number of sound paths. Accordingly, the spatial air temperature in each voxel can be determined using a suitable tomographic algorithm. Recent studies indicate that despite the great potential of this technique to detect room climate, few experiments have been conducted.
This thesis aims to develop the ATOM technique for indoor climatic applications while coupling the analysis methods of tomography and room acoustics. The method developed in this thesis uses high-energy early reflections in addition to the direct paths between transducers for travel time estimation. In this way, reflections can provide multiple sound paths that allow the room coverage to be maintained even when a few or even only one transmitter and receiver are used.
In the development of the ATOM measurement system, several approaches have been employed, including the development of numerical methods and simulations and conducting experimental measurements, each of which has contributed to the improvement of the system's accuracy. In order to effectively separate the early reflections and ensure adequate coverage of the room with sound paths, a numerical method was developed based on the optimization of the coordinates of the sound transducers in the test room. The validation of the optimal positioning method shows that the reconstructed temperatures were significantly improved by placing the transducers at the optimal coordinates derived from the developed numerical method. The other numerical method developed is related to the selection of the travel times of the early reflections. Accordingly, the detection of the travel times has been improved by adjusting the lengths of the multiple analysis time-windows according to the individual travel times in the reflectogram of the room impulse response. This can reduce the probability of trapping faulty travel times in the analysis time-windows.
The simulation model used in this thesis is based on the image source model (ISM) method for simulating the theoretical travel times of early reflection sound paths. The simulation model was developed to simulate the theoretical travel times up to third-order reflections.
The empirical measurements were carried out in the climate lab of the Chair of Building Physics under different boundary conditions, i.e., combinations of different room air temperatures under both steady-state and transient conditions, and different measurement setups. With the measurements under controllable conditions in the climate lab, the validity of the developed numerical methods was confirmed.
In this thesis, the performance of the ATOM measurement system was evaluated using two measurement setups. The setup for the initial investigations consists of an omnidirectional receiver and a near omnidirectional sound source, keeping the number of transducers as few as possible. This has led to accurately identify the sources of error that could occur in each part of the measuring system. The second measurement setup consists of two directional sound sources and one omnidirectional receiver. This arrangement of transducers allowed a higher number of well-detected travel times for tomography reconstruction, a better travel time estimation due to the directivity of the sound source, and better space utilization. Furthermore, this new measurement setup was tested to determine an optimal selection of the excitation signal. The results showed that for the utilized setup, a linear chirp signal with a frequency range of 200 - 4000 Hz and a signal duration of t = 1 s represents an optimal selection with respect to the reliability of the measured travel times and higher signal-to-noise ratio (SNR).
To evaluate the performance of the measuring setups, the ATOM temperatures were always compared with the temperatures of high-resolution NTC thermistors with an accuracy of ±0.2 K. The entire measurement program, including acoustic measurements, simulation, signal processing, and visualization of measurement results are performed in MATLAB software.
In addition, to reduce the uncertainty of the positioning of the transducers, the acoustic centre of the loudspeaker was determined experimentally for three types of excitation signals, namely MLS (maximum length sequence) signals with different lengths and duration, linear and logarithmic chirp signals with different defined frequency ranges. For this purpose, the climate lab was converted into a fully anechoic chamber by attaching absorption panels to the entire surfaces of the room. The measurement results indicated that the measurement of the acoustic centre of the sound source significantly reduces the displacement error of the transducer position.
Moreover, to measure the air temperature in an occupied room, an algorithm was developed that can convert distorted signals into pure reference signals using an adaptive filter. The measurement results confirm the validity of the approach for a temperature interval of 4 K inside the climate lab.
Accordingly, the accuracy of the reconstructed temperatures indicated that ATOM is very suitable for measuring the air temperature distribution in rooms.
Die Untersuchungen zu Frost-Tau-Widerstand und Alkali-Zuschlag-Reaktionen an Gesteinen, Gesteinskörnungen sowie daraus hergestelltem Beton erfolgen jeweils mit und ohne Taumitteleinfluss. Neben Untersuchungen nach in Deutschland gebräuchlichen Normen und Richtlinien werden auch Prüfverfahren nach US-Standards und -Richtlinien einbezogen und kritisch analysiert, Modifikationsvorschläge unterbreitet sowie Klimawechsellagerungen und Auslagerungsversuche durchgeführt. Ziel war u.a. festzustellen, ob anhand von Prüfergebnissen an Gesteinskörnungen tatsächlich auf deren Dauerhaftigkeitsverhalten im Beton zu schließen ist. Im Ergebnis erwies sich der Washington Hydraulic Fracture Test als optimales Frostprüfverfahren. Eine Alkali-Carbontat-Reaktion kann theoretisch und praktisch ablaufen, war aber in Mörtel und Beton nicht nachweisbar. Mittels Klimawechsellagerung konnte die Prüfzeit für AKR-gefährdete Gesteine in Beton drastisch verkürzt werden. Zudem fördern alkalihaltige Taumittel eine AKR.
Open Innovation in kleinen und mittleren Unternehmen (KMU) hat sich stark ausdifferenziert. Dabei zeigt die Empirie, dass KMU unterschiedliche Wege in der offenen Entwicklung von Innovationen begehen. Um die bestehende Literatur zu erweitern, wurden mit dieser Dissertation die Ziele verfolgt 1) offene Innovationsaktivitäten in KMU aus einer Prozessperspektive aufzudecken und genau zu beschreiben und 2) zu erklären, warum sich die Öffnung von Innovationsprozessen in KMU unterscheidet. Dafür wurde auf eine multiple Fallstudienanalyse zurückgegriffen. Untersuchungsobjekte waren kleine etablierte High-Tech Unternehmen aus den neuen Bundesländern. Die Ergebnisse zeigen sechs Prozessmodelle der offenen Innovationsentwicklung, beschrieben als Open Innovation Muster. Deskriptionen dieser Muster unter Berücksichtigung von formenden Innovationsaktivitäten, ausgetauschtem Wissen, beteiligten externen Akteuren und Gründen für und gegen Open Innovation vermitteln ein über den bisherigen Forschungsstand hinausgehendes Verständnis von Open Innovation in KMU. Zudem zeigen die Ergebnisse, dass die Entrepreneurial Orientation erklärt, warum KMU bei der Ausgestaltung von offenen Innovationsprozessen unterschiedlich vorgehen. In der Dissertation wird detailliert dargelegt, welche Open Innovation Muster sich anhand der Entrepreneurial Orientation von KMU (nicht-entrepreneurial bis entrepreneurial) zeigen. Die Ergebnisse liefern sowohl wissenschaftliche Implikationen, als auch Handlungsempfehlungen für die Unternehmenspraxis.
One of the main focuses of recent Chinese urban development is the creation and retrofitting of public spaces driven by the market force and demand. However, researches concerning human and cultural influences on shaping public spaces have been scanty. There still exist many undefined ambiguous planning aspects institutionally and legislatively. This is an explanatory research to address interactions, incorporations and interrelationship between the lived environment and its peoples. It is knowledge-seeking and normative. Theoretically, public space in a Chinese context is conceptualized; empirically, a selected case is inquired. The research has unfolded a comparatively complete understanding of China’s planning evolution and on-going practices. Data collection emphasizes the concept of ‘people’ and ‘space’. First-hand data is derived from the intensive fieldwork and observatory and participatory documentations. The ample detailed authentic empirical data empowers space syntax as a strong analysis tool in decoding how human’s activities influence the public space. Findings fall into two categories but interdependent. Firstly, it discloses the studied settlement as a generic, organic and incremental development model. Its growth and established environment is evolutionary and incremental, based on its intrinsic traditions, life values and available resources. As a self-sustaining settlement, it highlights certain vernacular traits of spatial development out of lifestyles and cultural practices. Its spatial articulation appears as a process parallel to socio-economic transitions. Secondly, crucial planning aspects are theoretically summarized to address the existing gap between current planning methodology and practicalities. It pinpoints several most significant and particular issues, namely, disintegrated land use system and urban planning; missing of urban design in the planning system, loss of a human-responsive environment resulted from standardized planning and under-estimation of heritage in urban development. The research challenges present Chinese planning laws and regulations through urban public space study; and pinpoints to yield certain growth leverage for planning and development. Thus, planning is able to empower inhabitants to make decisions along the process of shaping and sustaining their space. Therefore, it discusses not only legislative issues, concerning land use planning, urban design and heritage conservation. It leads to a pivotal proposal, i.e., the integration of human and their social spaces in formulating a new spatial strategy. It expects to inform policymakers of underpinning social values and cultural practices in reconfiguring postmodern Chinese spatiality. It propounds that social context endemic to communities shall be integrated as a crucial tool in spatial strategy design, hence to strengthen spatial attributes and improve life quality.
Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit dem Thema Stadthotels in Deutschland zwischen Energieeffizienz und Wirtschaftlichkeit - Studie auf Grundlagen der EnEV-Anforderungen. Die Arbeit setzt sich mit einer qualitativen und quantitativen Analyse über die Energieeffizienz auf Grundlagen der EnEV-Anforderungen und deren Wirtschaftlichkeit bei Stadthotels in Deutschland auseinander. Die Analyse wurde anhand von verschiedenen Untersuchungen bei Hotels aufgebaut. Diese umfassen empirische, energetische und wirtschaftliche Untersuchungen. Die durchgeführten Untersuchungen kommen schließlich zu eindeutigen Ergebnissen auf verschiedenen Ebenen. Im Ergebnis wird deutlich, dass die Optimierung der Gebäudetechnik sowie auch die Verbesserung der energetischen Qualität der Gebäudehülle der Hotels bedeutende Einflussfaktoren zur Steigerung der Energieeffizienz darstellen. Dabei ist jedoch festzuhalten, dass sich die Optimierung der Gebäudetechnik der Hotels insbesondere im Bereich der Lüftungs- und Klimatechnik als besonders wirksam erwiesen hat. Die Effektivität dieser Maßnahmen konnte sowohl in Hinsicht auf die Steigerung der Energieeffizienz als auch in Bezug auf die Wirtschaftlichkeit bewiesen werden.
On the mechanisms of shrinkage reducing admixtures in self con-solidating mortars and concretes
(2010)
Self Consolidating Concrete – a dream has come true!(?) Self Consolidating Concrete (SCC) is mainly characterised by its special rheological properties. With-out any vibration this concrete can be placed and compacted under its own weight, without segrega-tion or bleeding. The use of such concrete can increase the productivity on construction sites and en-able the use of a higher degree of well distributed reinforcement for thin walled structural members. This new technology also reduces health risks since in contrast to the traditional handling of concrete, the emission of noise and vibration are substantially decreased. The specific mix design for self consolidating concretes was introduced around the 1980s in Japan. In comparison to normal vibrated concrete an increased paste volume enables a good distribution of aggregates within the paste matrix, minimising the influence of aggregates friction on the concrete flow property. The introduction of inert and/or pozzolanic additives as part of the paste provides the required excess paste volume without using disproportionally high amounts of plain cement. Due to further developments of concrete admixtures such as superplasticizers, the cement paste can gain self levelling properties without causing segregation of aggregates. Whereas SCC differs from normal vibrated concrete in its fresh attributes, it should reach similar properties in the hardened state. Due to the increased paste volume it usually shows higher shrinkage. Furthermore, owing to strength requirements, SCC is often produced at low water to cement ratios and hence may additionally suffer from autogenous shrinkage. This means that cracking caused by drying or autogenous shrinkage is a real risk for SCC and can compromise its durability as cracks may serve as ingression paths for gases and salts or might permit leaching. For the time being SCC still exhibits increased shrinkage and cracking probability and hence may be discarded in many practical applications. This can be overcome by a better understanding of those mechanisms and the ways to mitigate them. It is a target of this thesis to contribute to this. How to cope with increased shrinkage of SCC? In general, engineers are facing severe problems related to shrinkage and cracking. Even for normal and high performance concrete, containing moderate amounts of binder, a lot of effort was put on counteracting shrinkage and avoiding cracking. For the time being these efforts resulted in the knowledge of how to distribute cracks rather to avoid them. The most efficient way to decrease shrinkage turned out to be to decrease the cement content of concrete down to a minimum but still sufficient amount. For SCC this obviously seems to be contradictory with the requirement of a high paste volume. Indeed, the potential for shrinkage reduction is limited to some small range modifications in the mix design following two major concepts. The first one is the reduction of the required paste volume by optimising the aggregate grading curve. The second one involves high volume substitution of cement, preferentially using inert mineral additives. The optimization of grading curves is limited by several severe practical issues. Problems start with the availability of sufficiently fractionated aggregates. Usually attempts fail because of the enormous effort in composing application-optimized grading curves or mix designs. Due to durability reasons, the substitution rate for cement is limited depending on the application purpose and on environmental exposure of the hardened concrete. In the early 1980s Shrinkage Reducing Admixtures (SRA) were introduced to counteract drying shrinkage of concrete. The first publications explicitly dealing with SRA go back to Goto and Sato (Japan). They were published in 1983, which is also the time when the SCC concept was introduced. SRA modified concretes showed a substantial reduction of free drying shrinkage contributing to crack prevention or at least a significant decrease of crack width in situations of restrained drying shrinkage. Will shrinkage reducing admixtures contribute to a broader application of SCC? Within the last three decades performance tests on several types of concrete proved the efficiency of shrinkage reducing admixtures. So, at least in terms of shrinkage and cracking, concretes in general and SCC in particular can benefit from SRA application. But "One man's meat is another man's poison" and with respect to long term performance of SRA modified concretes there are still several issues to be clarified. One of these concerns the impact of SRAs on cement hydration. It is therefore an issue to know if changes in the hydrated phase composition, induced by SRA, result in undesired properties or decreased durability. Another issue is that the long term shrinkage reduction has to be evaluated. For example, one can wonder if SRA leaching may diminish or even eliminate long term shrinkage reduction and if the release of admixtures could be a severe environmental issue. It should also be noted that the basic mechanism or physical impact of SRA as well as its implementation in recent models for shrinkage of concrete is still being discussed. The present thesis tries to shed light on the role of SRA in self consolidating concrete focusing on the three questions outlined above: basic mechanisms of cement hydration, physical impact on shrinkage and the sustainability of SRA-application. Which contributions result from this study? Based on an extensive patent search, commercial SRAs could be identified to be synergistic mixtures of non-ionic surfactants and glycols. This turns out to be most important information for more than one reason and is the subject of chapter 4. An abundant literature focuses on properties of these non-ionic surfactants. Moreover, from this rich pool of information, the behaviour of SRAs and their interactions in cementitious systems were better understood through this thesis. For example, it could be anticipated how SRAs behave in strong electrolytes and how surface activity, i.e. surface tension, and interparticle forces might be affected. The synergy effect regarding enhanced performance induced by the presence of additional glycol in SRAs could be derived from the literature on the co-surfactant nature of glycols. Generally it now can be said that glycols ensure that the non-ionic surfactant is properly distributed onto the paste interfaces to efficiently reduce surface tension. In literature, the impact of organic matter on cement hydration was extensively studied for other admixtures like superplasticizer. From there, main impact factors related to the nature of these molecules could be identified. In addition, here again, the literature on non-ionic surfactants provides sufficient information to anticipate possible interactions of SRA with cement hydration based on the nature of non-ionic surfactants. All in all, the extensive study on the nature of non-ionic surfactants, presented in chapter 4, provides fundamental understanding of the behaviour of SRAs in cement paste. Taking a step further to relate this to the impact on drying and shrinkage required to review recent models for drying and shrinkage of cement paste as presented in chapter 3. There, it is shown that macroscopic thermodynamics of the open pore systems can be successfully applied to predict drying induced deformation, but that surface activity of SRA still has to be implemented to explain the shrinkage reduction it causes. Because of severe issues concerning the importance of capillary pressure on shrinkage, a new macroscopic thermodynamic model was derived in a way that meets requirements to properly incorporate surface activity of SRA. This is the subject of chapter 5. Based on theoretical considerations, in chapter 5 the broader impact of SRA on drying cementitious matter could be outlined. In a next step, cement paste was treated as a deformable, open drying pore system. Thereby, the drying phenomena of SRA modified mortars and concrete observed by other authors could be retrieved. This phenomenological consistency of the model constitutes an important contribution towards the understanding of SRA mechanisms. Another main contribution of this work came from introducing an artificial pore system, denominated the normcube. Using this model system, it could be shown how the evolution of interfacial area and its properties interact in presence of SRAs and how this impacts drying characteristics. In chapter 7, the surface activity of commercial SRAs in aqueous solution and synthetic pore solution was investigated. This shows how the electrolyte concentration of synthetic pore solution impacts the phase behaviour of SRA and conversely, how the presence of SRA impacts the aqueous electrolyte solution. Whilst electrolytes enhance self-aggregation of SRAs into micelles and liquid crystals, the presence of SRAs leads to precipitation of minerals as syngenite and mirabilite. Moreover, electrolyte solutions containing SRAs comprise limited miscibility or rather show miscibility gaps, where the liquid separates into isotropic micellar solutions and surfactant rich reverse micellar solutions. The investigation of surface activity and phase behaviour of SRA unravelled another important contribution. From macroscopic surface tension measurements, a relationship between excess surface concentration of SRA, bulk concentration of SRA and exposed interfacial area could be derived. Based on this, it is now possible to predict the actual surface tension of the pore fluid in the course of drying once the evolution of internal interfacial area is known. This is used later in this thesis to describe the specific drying and shrinkage behaviour of SRA modified pastes and mortars. Calorimetric studies on normal Portland cement and composite binders revealed that SRA alone show only minor impact on hydration kinetics. In presence of superplasticizer however the cement hydration can be significantly decelerated. The delaying impact of SRA could be related to a selective deceleration of silicate phase hydration. Moreover, it could be shown that portlandite precipitation in presence of SRA is changed, turning the compact habitus into more or less layered structures. Thereby, the specific surface increases, causing the amount of physically bound water to increase, which in turn reduces the maximum degree of hydration achievable for sealed systems. Extensive phase analysis shows that the hydrated phase composition of SRA modified binders re-mains almost unaffected. The appearance of a temporary mineral phase could be detected by environmental scanning electron microscopy. As could be shown for synthetic pore solutions, syngenite precipitates during early hydration stages and is later consumed in the course of aluminate hydration, i.e. when sulphates are depleted. Moreover, for some SRAs, the salting out phenomena supposed to be enhanced in strong electrolytes could also be shown to take place. The resulting organic precipitates could be identified by SEM-EDX in cement paste and by X-ray diffraction on solid residues of synthetic pore solution. The presence of SRAs could also be identified to impact microstructure of well cured cement paste. Based on nitrogen adsorption measurements and mercury intrusion porosimetry the amount of small pores is seen to increase with SRA dosage, whilst the overall porosity remains unchanged. The question regarding sustainability of SRA application is the subject of chapter 10. By means of leaching studies it could be shown that SRA can be leached significantly. The mechanism could be identified as a diffusion process and a range of effective diffusion coefficients could be estimated. Thereby, the leaching of SRA can now be estimated for real structural members. However, while the admixture can be leached to high extents in tank tests, the leaching rates in practical applications can be assumed to be low because of much reduced contact with water. This could be proven by quantifying admixture loss during long term drying and rewetting cycles. Despite a loss of admixture shrinkage reduction is hardly impacted. Moreover, the cyclic tests revealed that the total deformations in presence of SRA remain low due to a lower extent of irreversibly shrinkage deformations. Another important contribution towards the better understanding of the working mechanism of SRA for drying and shrinkage came from the same leaching tests. A significant fraction of SRA is found to be immobile and does not diffuse in leaching. This fraction of SRA is probably strongly associated to cement phases as the calcium-silicate-hydrates or portlandite. Based on these findings, it is now also possible to quantify the amount of admixture active at the interfaces. This means that, the evolution of surface tension in the course of drying can be approximated, which is a fundamental requirement for modeling shrinkage in presence of SRA. The last experimental chapter of this study focuses on the working mechanism and impact of SRA on drying and shrinkage. Based on the thermodynamics of the open deformable pore system introduced in chapter 5, energy balances are set up using desorption and shrinkage isotherms of actual samples. Information on distribution of SRA in the hydrated paste is used to estimate the actual surface tensions of the pore solution. In other words, this is the first time that the surface activity of the SRA in the course of the drying is fully accounted for. From the energy balances the evolution and properties of the internal interface are then obtained. This made it possible to explain why SRAs impact drying and shrinkage and in what specific range of relative humidity they are active. Summarising the findings of this thesis it can be said that the understanding of the impact of SRAs on hydration, drying and shrinkage was brought forward. Many of the new insights came from the careful investigation of the theory of non-ionic surfactants, something that the cement community had generally overlooked up to now.
Der Zusammenhang zwischen Schädigung und der Veränderung dynamischer und statischer Eigenschaften von Stahlbetonstrukturen wird untersucht. Auf der einen Seite stehen die statischen Lastversuche in Verbindung mit dynamischen Experimenten an Stahlbetonstrukturen (Platten und Balken). Auf der anderen Seite wird für die Balkenstrukturen ein nichtlineares Stochastisches Finite Elemente Modell entwickelt. Dies berücksichtigt zufällige Material- und Festigkeitseigenschaften durch räumlich korrelierte Zufallsfelder. So werden stochastische Rissentwicklungen für den Stahlbeton simuliert. Für die Berechnungen vieler Realisationen und damit verschiedenartige "Lebensgeschichten" einer Struktur wird als Monte Carlo Methode Latin Hypercube Sampling verwendet. Die Auswertung der Strukturantworten für die Lastgeschichte zeigt den Einfluss der zufälligen Eigenschaften auf die Schädigungsentwicklung. Die Arbeit leistet einen Beitrag zur Bewertung und zum zukünftigen Einsatz dynamischer Untersuchungsmethoden im Bauwesen.
The nonlinear behavior of concrete can be attributed to the propagation of microcracks within the heterogeneous internal material structure. In this thesis, a mesoscale model is developed which allows for the explicit simulation of these microcracks. Consequently, the actual physical phenomena causing the complex nonlinear macroscopic behavior of concrete can be represented using rather simple material formulations. On the mesoscale, the numerical model explicitly resolves the components of the internal material structure. For concrete, a three-phase model consisting of aggregates, mortar matrix and interfacial transition zone is proposed. Based on prescribed grading curves, an efficient algorithm for the generation of three-dimensional aggregate distributions using ellipsoids is presented. In the numerical model, tensile failure of the mortar matrix is described using a continuum damage approach. In order to reduce spurious mesh sensitivities, introduced by the softening behavior of the matrix material, nonlocal integral-type material formulations are applied. The propagation of cracks at the interface between aggregates and mortar matrix is represented in a discrete way using a cohesive crack approach. The iterative solution procedure is stabilized using a new path following constraint within the framework of load-displacement-constraint methods which allows for an efficient representation of snap-back phenomena. In several examples, the influence of the randomly generated heterogeneous material structure on the stochastic scatter of the results is analyzed. Furthermore, the ability of mesoscale models to represent size effects is investigated. Mesoscale simulations require the discretization of the internal material structure. Compared to simulations on the macroscale, the numerical effort and the memory demand increases dramatically. Due to the complexity of the numerical model, mesoscale simulations are, in general, limited to small specimens. In this thesis, an adaptive heterogeneous multiscale approach is presented which allows for the incorporation of mesoscale models within nonlinear simulations of concrete structures. In heterogeneous multiscale models, only critical regions, i.e. regions in which damage develops, are resolved on the mesoscale, whereas undamaged or sparsely damage regions are modeled on the macroscale. A crucial point in simulations with heterogeneous multiscale models is the coupling of sub-domains discretized on different length scales. The sub-domains differ not only in the size of the finite elements but also in the constitutive description. In this thesis, different methods for the coupling of non-matching discretizations - constraint equations, the mortar method and the arlequin method - are investigated and the application to heterogeneous multiscale models is presented. Another important point is the detection of critical regions. An adaptive solution procedure allowing the transfer of macroscale sub-domains to the mesoscale is proposed. In this context, several indicators which trigger the model adaptation are introduced. Finally, the application of the proposed adaptive heterogeneous multiscale approach in nonlinear simulations of concrete structures is presented.
Die Festigkeitsentwicklung des Zementbetons basiert auf der chemischen Reaktion des Zementes mit dem Anmachwasser. Durch Nachbehandlungsmaßnahmen muss dafür gesorgt werden, dass dem Zement genügend Wasser für seine Reaktion zur Verfügung steht, da sonst ein Beton mit minderer Qualität entsteht. Die vorliegende Arbeit behandelt die grundsätzlichen Fragen der Betonnachbehandlung bei Anwendung von Straßenbetonen. Im Speziellen wird die Frage des erforderlichen Nachbehandlungsbedarfs von hüttensandhaltigen Kompositzementen betrachtet. Die Wirkung der Nachbehandlung wird anhand des erreichten Frost-Tausalz-Widerstandes und der Gefügeausbildung in der unmittelbaren Betonrandzone bewertet. Der Fokus der Untersuchungen lag auf abgezogenen Betonoberflächen. Es wurde ein Modell zur Austrocknung des jungen Betons erarbeitet. Es konnte gezeigt werden, dass in einer frühen Austrocknung (Kapillarphase) keine kritische Austrocknung der Betonrandzone einsetzt, sondern der Beton annährend gleichmäßig über die Höhe austrocknet. Es wurde ein Nomogramm entwickelt, mit dem die Dauer der Kapillarphase in Abhängigkeit der Witterung für Straßenbetone abgeschätzt werden kann. Eine kritische Austrocknung der wichtigen Randzone setzt nach Ende der Kapillarphase ein. Für Betone unter Verwendung von Zementen mit langsamer Festigkeitsentwicklung ist die Austrocknung der Randzone nach Ende der Kapillarphase besonders ausgeprägt. Im Ergebnis zeigen diese Betone dann einen geringen Frost-Tausalz-Widerstand. Mit Zementen, die eine 2d-Zementdruckfestigkeit ≥ 23,0 N/mm² aufweisen, wurde unabhängig von der Zementart (CEM I oder CEM II/B-S) auch dann ein hoher Frost-Tausalz-Widerstand erreicht, wenn keine oder eine schlechtere Nachbehandlung angewendet wurde. Für die Praxis ergibt sich damit eine einfache Möglichkeit der Vorauswahl von geeigneten Zementen für den Verkehrsflächenbau. Betone, die unter Verwendung von Zementen mit langsamere Festigkeitsentwicklung hergestellt werden, erreichen einen hohen Frost-Tausalz-Widerstand nur mit einer geeigneten Nachbehandlung. Die Anwendung von flüssigen Nachbehandlungsmitteln (NBM gemäß TL NBM-StB) erreicht eine ähnliche Wirksamkeit wie eine 5 tägige Feuchtnachbehandlung. Voraussetzung für die Wirksamkeit der NBM ist, dass sie auf eine Betonoberfläche ohne sichtbaren Feuchtigkeitsfilm (feuchter Glanz) aufgesprüht werden. Besonders wichtig ist die Beachtung des richtigen Auftragszeitpunktes bei kühler Witterung, da hier aufgrund der verlangsamten Zementreaktion der Beton länger Anmachwasser abstößt. Ein zu früher Auftrag des Nachbehandlungsmittels führt zu einer Verschlechterung der Qualität der Betonrandzone. Durch Bereitstellung hydratationsabhängiger Transportkenngrößen (Feuchtetransport im Beton) konnten numerische Berechnungen zum Zusammenspiel zwischen der Austrocknung, der Nachbehandlung und der Gefügeentwicklung durchgeführt werden. Mit dem erstellten Berechnungsmodell wurden Parameterstudien durchgeführt. Die Berechnungen bestätigen die wesentlichen Erkenntnisse der Laboruntersuchungen. Darüber hinaus lässt sich mit dem Berechnungsmodell zeigen, dass gerade bei langsam reagierenden Zementen und kühler Witterung ohne eine Nachbehandlung eine sehr dünne Randzone (ca. 500 µm – 1000 µm) mit stark erhöhter Kapillarporosität entsteht.