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In dieser Diplomarbeit wird auf das Prinzip des Düsenstrahlverfahrens an sich und seine Anwendungen im Tunnelbau, sowie die Fehleranfälligkeit und das Qualitätsmanagement näher eingegangen. Dabei stehen die Erarbeitung einer Systematik der mit dem Verfahren einhergehenden konstruktiven Randbedingungen und Parameter als eigentliche Schwerpunkte im Vordergrund. Ziel der Arbeit war es nicht, eine rechnerische Nachweisführung bzw. Parameterstudie durchzuführen. Es gibt jedoch Hinweise und Anhaltspunkte für einen rechnerischen Ansatz.

Der Feuchtigkeitsschutz von Gebäuden im unterirdischen Bereich ist ein viel diskutiertes Thema. Oft wird die Bauwerksabdichtung als „notwendiges Übel“ gesehen und leider dementsprechend nachlässig behandelt. Diese Diplomarbeit beschäftigt sich mit der Problematik des Feuchtigkeitsschutzes von Bauwerken im unterirdischen Bereich. Besonders wichtig ist eine sichere und funktionierende Abdichtung von unterirdischen Räumen, die einer hochwertigen Nutzung unterliegen oder als Lagerstätte für hochwertige und wertvolle Güter fungieren. Der Schutz vor von außen eindringender Feuchtigkeit ist genau aus diesem Grund eine Elementarforderung, da an oben genannten Gütern keine Schäden hinzunehmen sind, die aufgrund von bauseitig eindringender Feuchte entstehen könnten. Ziel ist es, trotz der Wasserbelastung auf das Bauwerk, dauerhaft trockene Räume zu gewährleisten. Die gewählte, und letztendlich ausgeführte, Abdichtungslösung muss dauerhaft wirksam sein und die Innenräume des Bauwerks über die gesamte Lebensdauer sicher und zuverlässig gegen eindringende Feuchtigkeit schützen. Die Ausführungen beziehen sich hauptsächlich auf Abdichtungslösungen die bei Bauwerken gemäß der Themenstellung überwiegende Anwendung finden. Sonstige Systeme bzw. Ausführungsmöglichkeiten werden hier der Vollständigkeit halber nur kurz angerissen.

An einem typischen Geschiebemergel Norddeutschlands wurde im Ausgangszustand und nach Verbesserung des Bodens mit Bindemitteln die Scherfestigkeit untersucht. Die Festigkeitsparameter wurden durch Rahmenversuche und Druckversuche ermittelt. Ziel der Arbeit war die Untersuchung und Beschreibung des Stoffverhaltens an stabilisierten Böden. Insbesondere wurde die Gültigkeit des Mohr-Coulombschen Bruchverhaltens wie auch der Einfluss des Spannungszustandes auf die Scherfestigkeit untersucht. Die Eignung und die Anwendungsgrenzen der einzelnen Versuchstechniken wurden ermittelt und vor dem Hintergrund baupraktischer Beanspruchungen diskutiert.

Untersuchungsgegenstand sind Pfahlgründungen als wichtigste Formen der Tiefgründung. Die Diplomarbeit gibt einen systematischen Überblick über die heute gebräuchlichen Pfahlarten. Dabei werden die Pfähle unter statischen, konstruktiven und technologischen Aspekten betrachtet. Aktuelle Weiterentwicklungen und Trends im technologischen Bereich finden Beachtung. Zusammenfassend werden allgemeine Hinweise zur technischen und wirtschaftlichen Auswahl des Pfahlsystems gegeben. An einer praktischen Gründungsaufgabe wird der komplexe Entwurfsprozess dann exemplarisch durchgeführt. Es werden Gründungskonzepte für einen Experimentalbau entwickelt. Ziel ist die Auswahl einer Vorzugslösung, die Statik, Konstruktion, Technologie und Wirtschaftlichkeit für den gegebenen Standort optimiert. Diese günstigste Entwurfsvariante wird anschließend hinsichtlich Konstruktion, geotechnischer Berechnung, Technologie, Leistungsbeschreibung und Kostenermittlung weiterbearbeitet. Dabei kommen die aktuellen deutschen Normen bzw. DIN-Entwürfe zur Anwendung. So wird die Tragfähigkeit mit dem Normentwurf zur DIN 1054, die wie die Vornorm DIN V 1054-100 auf dem Teilsicherheitskonzept basiert, auf Grundlage von Erfahrungswerten untersucht, da zunächst keine vergleichbaren Probebelastungen nutzbar sind.

Ziel dieser Diplomarbeit war die systematische Untersuchung der Zusammenhänge zwischen den Düsenparametern (Rezeptur, Förderrate, Dreh- und Ziehgeschwindigkeit) und der Qualität des Verfestigungskörpers für unterschiedliche Baugrundverhältnisse. Die Zusammenhänge wurden auf empirischen und physikalischen Grundlagen hergeleitet und dargestellt. Beispiel dieser Untersuchung war die Sanierung und Modernisierung des Olympiastadion Berlins. Es wurden verschiedene Versuche durchgeführt mit anschließenden Kalibrierungsversuchen und Fehlerbetrachtungen.

Durch Verwitterungsprozesse, klimatische Einwirkungen sowie durch Einflüsse des Verkehrs nimmt die Standsicherheit von Felsböschungen bei ungünstigen Gebirgsverhältnissen im Laufe der Zeit stark ab. Die Diplomarbeit behandelt den Entwurf solcher Sicherungsmaßnahmen für ein konkretes Projekt an einem Straßeneinschnitt der Bundesstraße B3 bei Hann. Münden. Es wurden die geotechnischen Aufgaben und die gebirgsmechanische Situation beschrieben und anschließend anhand einer Zustandsanalyse die generelle Gefährdung beurteilt. Weiter wurden verschiedene Sicherungsmöglichkeiten im Felsbau sowie eine entwurfsmäßige Ausarbeitung der Baumaßnahme einschließlich Darstellung der Kosten und des Bauablaufes aufgezeigt.

In Anlehnung an das Stoffgebiet der Vorlesungsreihe Grundbau II werden in dieser Arbeit Lösungskonzepte und Berechnungswege aufgezeigt und die Varianten detailliert bearbeitet, hierbei wurde eine Beispielsammlung erstellt. Diese Beispiele betreffen die Gründung von Hochbauten bis hin zu Windkraftwerken und auch von Brücken. Bei den Gründungsmethoden sind vorrangig die verschiedenen Pfähle und die Bodenverbesserungen einschließlich diverser Kombinationen genutzt wurden. Auch der Einsatz von speziellen Zugelementen (Zugpfähle, Verpressanker) für Auftriebssicherungen oder zur Stabilisierung von Kragkonstruktionen wird demonstriert. Die Beispiele wurden nach Pfahlgründungen, Bodenverbesserungen, kombinierte Gründungen, Verankerungen und Vernagelungen gegliedert.

Die Geometrie von Tunnelquerschnitten ergibt sich aus den an den Tunnel gestellten Nutzungsanforderungen, der Beanspruchung des umgebenden Baugrundes sowie den Baugrundkenngrößen. Die Art des Tunnelbaus wird dann durch ökonomische Gesichtspunkte detailliert bestimmt, so dass diese im Zusammenhang mit den technologischen Randbedingungen des ausführenden Unternehmens den Tunnelquerschnitt rekursiv beeinflussen und verändern können. Hier wird für ein Tunnelvorhaben der Tunnelquerschnitt auf Grundlage ökonomischer Randbedingungen untersucht und optimiert. Hierbei sollen mögliche Tunnelquerschnitte mit bewehrter und unbewehrter Innenschale einander gegenübergestellt werden. Untersuchungsparameter wurden definiert und durch Schranken angegeben. Die dafür erforderlichen Eingangsdaten wurden hinsichtlich ihrer Unsicherheit bewertet. Intervallgrenzen der Einflussparameter wurden in das Nachweisformat mit einbezogen. Durch eine Sensitivitätsanalyse sind die variierenden Parameter in Bezug auf ihren Einfluss auf die endgültige Tunnelgeometrie angegeben wurden. Die numerische Berechnung des Tunnelquerschnittes erfolgte durch die Software RFEM.

Im Mittelpunkt dieser Arbeit steht die Dimensionierung von Gründungsvarianten für eine Offshore-WEA an einem fiktiven, aber typischen Standort in der Nordsee. Es wird nicht nur die Wirtschaftlichkeit beurteilt, sondern auch etwaige Probleme herausgestellt, die bei verschiedenen Gründungsvarianten auftreten können. Es wurden die drei Gründungen Schwergewichtsfundament, Monopile und Tripod einer Offshore-WEA dimensioniert. Die Bemessungen erfolgten für einen Extremlastfall, der sich aus einer extremen Welle und Böen zusammensetzt. Dieser Lastfall wurde nur im Grenzzustand der Tragfähigkeit als eine statische Last nachgewiesen. Eine abschließende Dimensionierung konnte nicht erfolgen, da noch keine Gebrauchstauglichkeitskriterien für WEA definiert wurden.

Die Entstehung des Baugrundes ist geprägt durch die Genese und von anthropogenen Einflüssen. In der Arbeit werden auf der Grundlage isotroper Betrachtungen im Halbraum Prognosen für unbeprobte Bereiche eines linienförmigen Bauwerkes erstellt. Aufbauend auf dem bekannten Algorithmus der Geostatistik werden Berechnungen mit deterministischen Eingangsgrößen durchgeführt. Diese sind in einem Datensatz zusammengefasst und gehen ohne Unterteilung bzw. Bildung von (Homogen)Bereichen in die Schätzungen ein. Zur Anwendung kam dabei die an der Professur Grundbau der Bauhaus-Universität Weimar entwickelte Software GeoStat. Nach der Variogrammanalyse folgten geostatistische Berechnungen mit dem Ordinary und dem Universal Kriging. Der genutzte Datensatz unterlag dabei mehrfachen Modifikationen, um Unterschiede in der Ergebnisbildung beobachten zu können. Die Krigingschätzungen wurden für subjektiv ausgewählte Beprobungspunkte erstellt, die mit Referenzprofilen verglichen werden konnten. Im Ergebnis traten für alle durchgeführten Simulationen erhebliche Abweichungen der berechneten Werte zu den Referenzprofilen auf. Die Verwendung von Datensätzen ohne eine vorherige Bearbeitung und Unterteilung in Homogenbereiche erweist sich als nicht ratsam. Vielmehr ist es notwendig kompliziertere Krigingvarianten einzusetzen bzw. die benutzten Methoden mit anderen Verfahren zu kombinieren.

Als Folge des hohen Termindrucks während des Bauablaufes, ist es besonders wichtig den Fortschritt eines Bauvorhabens zeitnah zu überwachen. Auf Großbaustellen kann die effektive Kontrolle nicht mehr ohne technische Hilfsmittel durchgeführt werden. Die Arbeit stellt verschiedene Szenarien für die verteilte Fortschrittserfassung vor und untersucht welche Anforderungen an ein System für die verteilte Erfassung gestellt werden. Dazu wird zuerst das bestehende CVS-System analysiert, um anschließend daraus ein Konzept für die Versionierung von Objekten und den automatischen Abgleich von Objektversionen zu entwickeln. Später wird gezeigt, wie dieses Konzept mit Hilfe von C# und dem Microsoft®-.NET-Framework umgesetzt werden kann.

Das Ziel der Arbeit war es, die Standsicherheit eines Bahndammes im Vergleich der in Deutschland gültigen Vorschriften (DIN 1054 und Eurocode 7) zu untersuchen. Sollte sich dabei herausstellen, dass der Bahndamm in der gegebenen Situation die Standsicherheitsanforderungen nicht erfüllt sollten verschiedene Sanierungsvarianten vorgeschlagen und für eine Vorzugsvariante die wichtigsten Nachweise durchgeführt werden. Zunächst wurden die Allgemeinen Grundlagen der zur Zeit in Deutschland gültigen Vorschriften erläutert und anschließend auf das konkrete Projekt bezogen gegenübergestellt. Es stellte sich heraus, dass die Anforderungen an die Standsicherheit bei Berechnung nach beiden Vorschriften nicht erfüllt werden konnten. Somit war es notwendig für die gegebene Situation mögliche Sanierungsvorschläge zu entwickeln. Diese wurden anschließend kurz vorgestellt und erläutert. Schließlich wurden für die Vorzugsvariante die wichtigsten Nachweise im Vergleich der Vorschriften (DIN 1054 und Eurocode 7) durchgeführt und verglichen.

Der Einsatz von Lehmbaustoffen stößt an Grenzen, wenn das Material Feuchtigkeit ausgesetzt ist. Die vorliegende Arbeit enthält Untersuchungen zur Verbesserung der Wasserbständigkeit von Lehmbaustoffen. Es konnte gezeigt werden, dass mittels alumosilikatischer Polymerbinder der Widerstand von Lehmbaustoffen gegen Feuchteeinwirkung erheblich verbessert werden kann. Die positiven bauklimatischen Eigenschaften werden dabei nicht negativ beeinflusst.

Ziel der Arbeit ist es, die Breite des Aufgabengebietes Bauen im Bestand zu analysieren und grafisch aufzuwerten. In einem Verantwortlichkeitskataster werden in Anlehnung an die HOAI die Aufgaben während eines Bestandsvorhabens den einzelnen Beteiligten zugeordnet. Die Bestandsaufnahme als entscheidenden Bestandteil eines Bestandsprojektes wird näher erläutert und beschrieben. Einige Besonderheiten in der Vorbereitung und Überwachung eines Vorhabens im Bestand werden in Ansätzen zu einem Leitfaden zur Ingenieurtätigkeit zusammengefasst.

Diese Arbeit umfasst eine Zusammenfassung der aktuellen Fertigteil- und Montagetechnik sowie Grundkenntnisse von automatisierten Systemen im Bauwesen. Dabei wird ein Überblick über den Stand der Technik gegeben und die daraus entstehenden Voraussetzungen für eine automatisierte Fertigteilmontage, beginnend bei den TUL-Prozessen bis hin zur Montage, definiert. Folgend werden Grundüberlegungen hinsichtlich weiterer Forschungsansätze bzw. Weiterführungen dieser modernen Technologien aufgezeigt sowie Schnittstellen zwischen Maschinen und Vermessungstechniken und Systemlücken bei der Anwendung analysiert. Eine Wirtschaftlichkeitsbetrachtung der mechanischen und automatisierten Fertigteilmontage soll die Zeit- und Lohnkosteneinsparungen aufzeigen. Weiterhin wurde eine Systematisierung von besonderen Verbindungs- und Anschlaghilfsmittel durchgeführt. Dabei bezog sich die Auswertung auf die Produktpaletten der vier größten deutschen Firmen. Grundsätzlich versteht sich die Arbeit als zukunftsorientiert und basiert auf einer sachlichen Untersuchung der Zusammenhänge.

Aufgabe der Masterarbeit war es, eine Eibnführung in die WRRL und deren Implementierung zu geben sowie das Darstellen erster Umsetzungsschritte in Norwegen.

Es werden Zusammenhänge zwischen den Gestaltungsformen von Straßenbahnhaltestellen sowie deren baulichen und verkehrlichen Umfelds auf die Verkehrssicherheit von Fußgängern erarbeitet. Die Analyse wurde an den Stadtbahnhaltestellen der Stadt Erfurt durchgeführt. Im ersten Teil der Arbeit erfolgt eine Literaturrecherche über bisherige Untersuchungen und rechtliche Grundlagen. Der zweite Teil bildet die Charakterisierung von Haltestellengrundformen. Im Anschluß daran wurden mögliche Einflussfaktoren erarbeitet, deren mögliche Einflüsse auf die Verkehrssicherheit im Hauptteil mit Hilfe einer örtlichen Unfalluntersuchung und Beobachtungen erörtert werden.

Zielstellung: Im Rahmen von Verkehrswegebauprojekten werden häufig Dämme aus Felsbruchmaterialien hergestellt. Solche Materialien weisen in der Regel einen hohen Anteil an Steinen und Blöcken auf. Dieses Größtkorn muss zerkleinert werden, um eine hohlraumarme Verdichtung gewährleisten zu können und damit spätere Sackungen durch Verlagerung der Gesteinsblöcke auszuschließen. Die diesbezüglichen Vorgaben der ZTVE-StB sind einzuhalten. Über die eingesetzte Verdichtungstechnologie lassen sich Gesteine bis zu bestimmten maximalen einaxialen Druckfestigkeiten auf entsprechende Korngrößen zertrümmern. Der Unternehmer muss entscheiden, ob mit einer gewählten Verdichtungstechnologie das Felsbruchmaterial ausreichend stark zertrümmert wird, um die Vorgaben zu erfüllen. Gleichzeitig darf der Feinkornanteil durch den Zertrümmerungsvorgang nur geringfügig ansteigen, um den Anforderungen bezüglich Durchlässigkeit und Frostempfindlichkeit gerecht zu werden. Die geforderten Tragfähigkeiten und Dichten müssen sichergestellt sein. Aufgrund fehlender Vergleichsuntersuchungen ist die Beurteilung der geeigneten Verdichtungstechnologie meist problematisch. Größenordnungen und Leistungsansätze können dadurch falsch eingeschätzt werden. Ziel dieser Diplomarbeit ist die Untersuchung der Beziehung zwischen Festigkeit und Zertrümmerung von Felsbruchmaterial in Abhängigkeit der eingesetzten Verdichtungstechnologie. Es soll untersucht werden, inwieweit vorhandene Steine und Gesteinsblöcke durch Verdichtungsvorgänge eine Zertrümmerung erfahren und welche Auswirkungen das auf die Korngrößenverteilung, insbesondere auch hinsichtlich des Feinkornanteils, hat. Ein Zusammenhang zu den erreichten Tragfähigkeiten und Dichten soll hergestellt werden. Dadurch kann die geplante Verdichtungstechnologie im Bezug auf ihre Wirksamkeit besser eingeschätzt und gegebenenfalls optimiert werden. Die Beurteilung von Leistungsansätzen und Kosten im Rahmen der Angebotserarbeitung wird somit deutlich vereinfacht.

In Deutschland hat sich das vollautomatische Bauen bisher vergleichsweise bescheiden entwickelt. Ein hoher Automatisierungsgrad ist dagegen seit Jahren bei den stationären Mischanlagen von Baustoffen, wie Beton und Asphalt sowie in der Serienfertigung standardisierter Betonwaren zu finden. Jedoch fehlen in Deutschland die Voraussetzungen, um grundlegend neu konzipierte, flexibel automatisierte oder roboterisierte Maschinen und Systeme zu entwickeln und einzusetzen. Zur Schaffung dieser Voraussetzungen soll die vorliegende Arbeit einen Beitrag leisten. Sie betrachtet ausschließlich die Skelettbauweise. Diese stellt ein Teilgebiet des Betonfertigteilbaus dar. Da eine Automatisierungslösung grundsätzlich erst bei großen Objekten mit einer hohen Wiederholungsrate der Prozesse und Elemente wirtschaftlich ist, wird die Montage eines Mehrzweckkomplexes untersucht. Die Tragstruktur dieses Gebäudes setzt sich, charakteristisch für die Skelettbauweise, aus Stützen und Bindern zusammen. Dabei werden im Hinblick auf die Aufgabenstellung dem herkömmlichen Montageablauf die Besonderheiten und bautechnischen Voraussetzungen einer automatisierten Montage hinzugefügt. Es wird eingrenzend speziell die Montage einer Fertigteilstütze und eines Unterzuges aufgezeigt. Nach einem einleitenden Kapitel sind in Kapitel 2 die Grundlagen der Automatisierung dargestellt. Darin werden die Gründe für eine Automatisierung und deren theoretischen Vorraussetzungen beleuchtet. Vornehmlich umfasst dies die Erläuterung der Anforderungen an Automatisierungsgeräte und automatisierungsgerechte Fertigteile. Im sich anschließenden Kapitel 3 werden die Vorraussetzungen der Planung, der Vermessung und der Herstellung umfassend dargelegt. Die Planungs-voraussetzungen beschreiben den ganzheitlichen Lösungsansatz von Entwurf, Planung, Herstellung, Ausführung (Montage) und Betrieb der Gebäude. Die verschiedenen Technologien zur Positionsbestimmung, Identifikation und Objektverfolgung werden in den vermessungstechnischen Grundlagen erläutern. Um alle Bereiche, die vor dem Beginn der eigentlichen Montage notwendig sind zu beleuchten wird schließlich in den herstellerseitigen Vorraussetzungen insbesondere beschrieben, welche optischen Markierungen, Sensoren und andere Hilfsmittel in die Fertigteile zu integrieren sind. Das Kapitel 4 beschreibt detailliert die beispielhafte Montage der Fertigteilstütze und des -unterzuges. Ergänzend sind in die einzelnen Schritten der Montage selbst entwickelte Varianten integriert. Als Grundlage werden zu jedem Prozess Gemeinsamkeiten aller Varianten aufgeführt. Daran schließen sich nach Bedarf individuelle Erläuterungen an. Die Varianten sind aus Überlegungen des Autors und aus den Konsultationen mit dem betreuenden Lehrstuhl entwickelt worden. Sie werden in diesem Teil der Arbeit detailliert beschrieben und ihre Eigenarten und Verwendungszwecke erläutert. Im Ganzen gesehen ergibt dieses Kapitel eine komplette Montage mit verschiedenen Möglichkeiten die einzelnen Schritte auszuführen. Im Kapitel 5 werden zu den jeweiligen Varianten die Vor- und Nachteile knapp und übersichtlich dargestellt. Aus welchen Gründen eine Variante weiterverfolgt werden sollte oder sie nicht umsetzbar ist, ist in einem sich jeweils anschließenden kurzen Fazit begründet. Anschließend wird unter teilweiser Verwendung der Varianten eine Vorzugsvariante zur automatisierten Montage entwickelt. Auf detailliertere Ausführungen wurde hier verzichtet um sich nicht zu wiederholen und Redundanzen zu vermeiden. Ausführlich wurden die einzelnen verwendeten Varianten bereits im Kapitel 4 beschrieben. Das Kapitel 6 untersucht die wirtschaftlichen Potentiale einer automatisierten Fertigteilmontage und stellt die Kosten einer automatisierten Montage, denen einer herkömmlichen Montage gegenüber. Dabei wurden verschiedene Annahmen getroffen, die aus den Ergebnissen der vorliegenden Arbeit, den Ergebnissen der Diplomarbeit von Frau Lauterbach und weiteren Literaturrecherchen abgeleitet wurden. Kapital 7 fasst die Ergebnisse der Arbeit zusammen und gibt Hinweise auf notwendige weiterführende Forschungen und Untersuchungen.

In dieser Diplomarbeit werden – anhand eines Simulationsprogrammes – die diffusen Schallfelder in Atrien untersucht. Diesbezüglich standen Referenzobjekte in Berlin zur Verfügung. Es wurde untersucht, inwieweit sich die Raumgeometrie, die Volumina und die Absorptionseigenschaften der Umhüllungsflächen auf die Energieverteilung im Atriumsraum auswirken. Ziel der Arbeit ist es, Optimierungspotenziale aufzuzeigen und Lösungsvorschläge zu entwickeln, die zeigen, mit welchen Mitteln und Methoden die Raumakustik nachträglich verbessert werden kann.

Diese Arbeit stellt die Implementierung von Scheibenelementen mit B-Spline Ansätzen n-ter Ordnung speziell für rechteckige Gebiete mit orthogonaler Vernetzung vor. Dabei kam insbesondere eine spezielle elementbasierte Formulierung auf Grundlage der einzelnen B-Spline Segmente zum Einsatz, die zur Aufbringung von Randbedingungen an den Rändern modifizierte B-Splines benutzt. In der Folge entstehen verschiedene Elementtypen zur Diskretisierung von rechteckigen Gebieten, deren Erzeugung, Speicherung und Anwendung im Zusammenhang mit der Finiten Elemente Methode Gegenstand der Arbeit sind. Anhand von untersuchten Beispielen werden die erfolgreiche Implementierung nachgewiesen und verschiedene Eigenschaften der Methode herausgestellt.

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der dynamischen Analyse der Sprottetalbrücke infolge aufgetretener Asphaltschäden. Sie beinhaltet die Erstellung eines FE-Modells, der Darstellung der theoretischen Grundlagen der Dynamik sowie die Auswertung von berechneten Eigenformen und Asphaltspannungen unter Berücksichtigung der derzeit gültigen Normen.

Bei der grundbautechnischen Bemessung und der Errichtung von Bauwerken im Grundwasser sind die wesentlichen Einwirkungen auf hydrodynamische Effekte zurückzuführen. Die zu-verlässige Funktion eines solchen Bauwerkes ist maßgeblich von der richtigen Einschätzung der unterschiedlichen Effekte abhängig. Aufgabe ist es, hydraulisch bedingte Versagensformen wie Hydraulischer Grundbruch, innere Erosion, Aufschwimmen und Auftrieb zu charakterisieren und voneinander abzugrenzen, ty-pische Beispiele dieser Versagensformen zu nennen, Interaktionen zwischen ihnen aufzu-zeichnen und zu quantifizieren sowie Einflussparameter und Grenzzustände zu beschreiben. Aufbauend auf diesen Betrachtungen soll am praktischen Beispiel einer Baugrubensicherung durch konventionelle Rechnung und numerische Simulation das Versagensprinzip des Hyd-raulischen Grundbruches in nicht bindigem Boden nachvollzogen werden. Die Ergebnisse der Analyse sind unter dem Gesichtspunkt der Richtigkeit der zugrunde liegenden physikalischen Gesetzmäßigkeiten zu bewerten.

Die Finite-Elemente-Methode entwickelte sich in den letzten beiden Jahrzehnten zu einem wichtigen und mächtigen Werkzeug für Berechnungen im Ingenieurwesen. Waren zu Beginn dieser Entwicklung nur kleine Probleme lösbar, sind mit der heutigen Rechentechnik Systeme mit vielen Tausend Freiheitsgraden berechenbar. Durch diese Entwicklung werden Berechnungen von sehr komplizierten Strukturen möglich. Besonders in der Automobilindustrie kann mit einem solchen Verfahren die Konstruktion von Strukturen verbessert und optimiert werden. Um gute Ergebnisse bei den Berechnungen erzielen zu können müssen Programme entwickelt werden, die entsprechende mathematische Methoden enthalten. Besonders im Maschinenbau, aber auch in anderen Ingenieurbereichen wie dem Bauwesen, werden häufig gekrümmte dünne Schalenstrukturen untersucht. Eine effiziente und logische Konsequenz daraus ist die Nutzung von Schalenelementen innerhalb der FE-Berechnungen. Wird nun noch Wert auf eine realitätsnahe Modellierung gelegt, dann lässt es sich oft nicht vermeiden von der im Bauwesen üblichen Theorie erster Ordnung in eine nichtlineare Berechnungstheorie zu wechseln. Hierfür sind Methoden notwendig, die es vermögen diese Theorie abzubilden. Sollen Schalenstrukturen mit großen Verschiebungen betrachtet werden, ist es notwendig, die linearen Elementformulierungen um die nichtlinearen Ansätze der Strukturmechanik zu erweitern. Die Grundlage dieser Formulierung stellt oft die Lagrange'sche Betrachtungsweise dar, die Berechnungen an Strukturen mit großen Verformungen zulässt. Die Inhalte dieser Formulierung werden in Abschnitt 1.5 dieser Arbeit betrachtet. Räumlich veränderlichen Strukturen, also solche mit großen Verformungen, sind im Allgemeinen mit großen Rotationen verknüpft. Diese Rotationen werden bei Volumenelementen durch die unterschiedliche Verschiebung zweier benachbarter Elementknoten realisiert. Bei der Formulierung von dünnen Schalenelementen wird hingegen die Struktur als gekrümmte Raumfläche betrachtet. Da in Dickenrichtung nur ein Elementknoten zur Verfügung steht, muss die Rotation über eine andere Formulierung in die Berechnung einfließen. Ansätze zu allgemeinen großen Rotationen werden im Kapitel 2 betrachtet und für den Einsatz in einer Elementformulierung vorbereitet. Für die beschriebenen Schalenstrukturen werden häufig vierknotige Elemente genutzt, da mit ihnen Strukturen in einfacher Weise abgebildet werden können. Ein weiterer Vorteil besteht in der sich ergebenden geringen Bandbreite der Elementmatrizen. Diese Elementgruppe besitzt jedoch bei der klassischen isoparametrischen Formulierung einen großen Nachteil, der in der Erzeugung von parasitären Steifigkeitsanteilen besteht. Um dieses Sperrverhalten, was auch als 'Locking' bekannt ist, zu minimieren wurden in der Vergangenheit verschiedene Ansätze entwickelt. Ein sehr effizienter Ansatz zur Minimierung des Transversalschublockings bei bilinearen Schalenelementen stellt das Verfahren der veränderten Verzerrungsverläufe auf Elementebene dar. Dieses Verfahren wird vielfach in der Literatur aufgegriffen und als 'Assumed-Natural-Strain'-Ansatz oder als 'Mixed Interpolation of Tensorial Components' bezeichnet. Dieses Verfahren wird im Abschnitt 1.6 vorgestellt. Das Programmsystem SLang ermöglicht eine Berechnung von Strukturen mittels der Finite-Elemente-Methode. Um mit diesem Programm auch nichtlineare Probleme an Schalentragwerken berechnen zu können, wird im Rahmen dieser Diplomarbeit ein vierknotiges nichtlineares Schalenelement implementiert, das die genannten Ansätze für große Verformungen und finite Rotationen enthält. Für die Vermeidung von Transversalschublocking wird ein ANS-Ansatz in die Formulierung integriert. Das Kapitel 3 beschreibt die Formulierung dieses SHELL4N-Elementes. Dort werden die Elementmatrizen und deren Aufbau ausführlich dargestellt. Einige numerische Berechnungsbeispiele mit diesem neuen Element werden zur Evaluierung im Kapitel 4 dieser Arbeit dargestellt.

Aus theoretischen Grundlagen zu Beschreibungsmöglichkeiten dreidimensionaler Geometrieobjekte und deren Anwendung in bestehenden Lösungen aus CAD, GIS und VR, wird ein Konzept zu dreidimensionalen Analysen erarbeitet. Dieses Konzept beinhaltet Objektanalysen wie Volumen, Schwerpunkt und Trägheitsmomente, Beziehungsanalysen wie Berührt, Überlappt, im Abstand oder gleiche Form sowie Verschneidungsanalysen über die Mengenoperationen Schnitt, Differenz und Vereinigung.