56 Bauwesen
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Long-span bridges are prone to wind-induced vibrations. Therefore, a reliable representation of the aerodynamic forces acting on a bridge deck is of a major significance for the design of such structures. This paper presents a systematic study of the two-dimensional (2D) fluid-structure interaction of a bridge deck under smooth and turbulent wind conditions. Aerodynamic forces are modeled by two approaches: a computational fluid dynamics (CFD) model and six semi-analytical models. The vortex particle method is utilized for the CFD model and the free-stream turbulence is introduced by seeding vortex particles upstream of the deck with prescribed spectral characteristics. The employed semi-analytical models are based on the quasi-steady and linear unsteady assumptions and aerodynamic coefficients obtained from CFD analyses.
The underlying assumptions of the semi-analytical aerodynamic models are used to interpret the results of buffeting forces and aeroelastic response due to a free-stream turbulence in comparison with the CFD model. Extensive discussions are provided to analyze the effect of linear fluid memory and quasi-steady nonlinearity from a CFD perspective. The outcome of the analyses indicates that the fluid memory is a governing effect in the buffeting forces and aeroelastic response, while the effect of the nonlinearity is overestimated by the quasi-steady models. Finally, flutter analyses are performed and the obtained critical velocities are further compared with wind tunnel results, followed by a brief examination of the post-flutter behavior. The results of this study provide a deeper understanding of the extent of which the applied models are able to replicate the physical processes for fluid-structure interaction phenomena in bridge aerodynamics and aeroelasticity.
The accurate representation of aerodynamic forces is essential for a safe, yet reasonable design of long-span bridges subjected to wind effects. In this paper, a novel extension of the Pseudo-three-dimensional Vortex Particle Method (Pseudo-3D VPM) is presented for Computational Fluid Dynamics (CFD) buffeting analysis of line-like structures. This extension entails an introduction of free-stream turbulent fluctuations, based on the velocity-based turbulence generation. The aerodynamic response of a long-span bridge is obtained by subjecting the 3D dynamic representation of the structure to correlated free-stream turbulence in two-dimensional (2D) fluid planes, which are positioned along the bridge deck. The span-wise correlation of the free-stream turbulence between the 2D fluid planes is established based on Taylor's hypothesis of frozen turbulence. Moreover, the application of the laminar Pseudo-3D VPM is extended to a multimode flutter analysis. Finally, the structural response from the Pseudo-3D flutter and buffeting analyses is verified with the response, computed using the semi-analytical linear unsteady model in the time-domain. Meaningful merits of the turbulent Pseudo-3D VPM with respect to the linear unsteady model are the consideration of the 2D aerodynamic nonlinearity, nonlinear fluid memory, vortex shedding and local non-stationary turbulence effects in the aerodynamic forces. The good agreement of the responses for the two models in the 3D analyses demonstrates the applicability of the Pseudo-3D VPM for aeroelastic analyses of line-like structures under turbulent and laminar free-stream conditions.
Bei einem marktüblichen Calciumsulfat-Fließestrich wurden in der Praxis schädigende Volu-menexpansionen festgestellt. Diese sind ein Resultat aus dem Zusammenwirken des einge-setzten Bindemittel-Compounds und einer kritischen Gesteinskörnung.
Das Ziel dieser Arbeit ist es, ein Calciumsulfat-Bindemittelsystem zu konfektionieren, welches in der Lage ist, die im Mörtel festgestellten Volumenexpansionen zu unterbinden. Es sollen verschiedene Bindemittel- und Additivzusammensetzungen untersucht werden, welche in Verbindung mit der kritischen Gesteinskörnung die Herstellung eines volumenstabilen Fließestrichs ermöglichen. Dazu soll folgende Fragestellung beantwortet werden: Welche Ursachen hat die Volumenzunahme und wie ist diese zu minimieren bzw. unterbinden?
Dabei werden unterschiedliche Bindemittelrezepturen aus α-Halbhydrat, Thermoanhydrit und Naturanhydrit, sowie verschiedene Additivzusammensetzungen hergestellt und untersucht.
Durch Längenänderungsmessungen in der Schwindrinne werden die Einflüsse der Binde-mittel, der Additivzusammensetzungen und der Wasser/Bindemittel-Werte auf das Län-genänderungsverhalten untersucht. Mittels Variation der einzelnen Compound-Bestandteile kann festgestellt werden, dass der Stabilisierer die Längenänderung negativ beeinflusst. Dieser bindet freies Wasser, welches für eine Reaktion zwischen Bindemittel und Gesteins-körnung im plastischen Zustand nicht mehr zur Verfügung steht. Diese Reaktion kann folglich erst im erhärteten Zustand ablaufen und verursacht die schädigende Volumenexpansion.
Abschließend wurde ein Bindemittel-Compound konfektioniert, welcher ohne Zusatz von Stabilisierern in Zusammenhang mit der kritischen Gesteinskörnung volumenstabil ist und keine Schäden auslöst.
Components of structural glazing have to meet different requirements and resist various impacts, depending on the field of application. Within an international research project of the EU innovation program Horizon 2020, special glass panes with a fluid circulating in capillaries are developed exploiting solar energy. Major influences to this glazing are UV irradiation and the fluidic contact, effecting the mechanical and optical durability of the bonding material within the glass setup. Regarding to visual requirements, acrylate adhesives and EVA films are analyzed as possible bonding materials by destructive and non-destructive testing methods. Two types of specimen are presented for obtaining the mechanical behavior and the surface appearances of the bonding material.
Die Zonenmethode nach Hertz ist ein vereinfachtes Verfahren zur Heißbemessung von Stahlbetonbauteilen. Um eine händische Bemessung zu ermöglichen, werden daher verschiedene Annahmen und Vereinfachungen getroffen. Insbesondere werden die thermischen Dehnungen vernachlässigt und das mechanische Verhalten durch einen verkleinerten Querschnitt mit konstanten Stoffeigenschaften beschrieben.
Ziel der vorliegenden Arbeit ist, dieses vereinfachte Verfahren in ein nichtlineares Verfahren zur Heißbemessung von Stahlbetondruckgliedern bei Brandbeanspruchung durch die Einheits-Temperaturzeitkurve zu überführen. Dazu werden die wesentlichen Annahmen der Zonenmethode überprüft und ein Vorschlag zur Weiterentwicklung vorgestellt. Dieser beruht im Wesentlichen auf der Modellierung der druckbeanspruchten Bewehrung. Diese weiterentwickelte Zonenmethode wird durch die Nachrechnung von Laborversuchen validiert und das Sicherheitsniveau durch eine vollprobabilistische Analyse und den Vergleich mit dem allgemeinen Verfahren bestimmt.
As part of an international research project – funded by the European Union – capillary glasses for facades are being developed exploiting storage energy by means of fluids flowing through the capillaries. To meet highest visual demands, acrylate adhesives and EVA films are tested as possible bonding materials for the glass setup. Especially non-destructive methods (visual analysis, analysis of birefringent properties and computed tomographic data) are applied to evaluate failure patterns as well as the long-term behavior considering climatic influences. The experimental investigations are presented after different loading periods, providing information of failure developments. In addition, detailed information and scientific findings on the application of computed tomographic analyses are presented.