56.03 Methoden im Bauingenieurwesen
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Safety operation of important civil structures such as bridges can be estimated by using fracture analysis. Since the analytical methods are not capable of solving many complicated engineering problems, numerical methods have been increasingly adopted. In this paper, a part of isotropic material which contains a crack is considered as a partial model and the proposed model quality is evaluated. EXtended IsoGeometric Analysis (XIGA) is a new developed numerical approach [1, 2] which benefits from advantages of its origins: eXtended Finite Element Method (XFEM) and IsoGeometric Analysis (IGA). It is capable of simulating crack propagation problems with no remeshing necessity and capturing singular field at the crack tip by using the crack tip enrichment functions. Also, exact representation of geometry is possible using only few elements. XIGA has also been successfully applied for fracture analysis of cracked orthotropic bodies [3] and for simulation of curved cracks [4]. XIGA applies NURBS functions for both geometry description and solution field approximation. The drawback of NURBS functions is that local refinement cannot be defined regarding that it is based on tensorproduct constructs unless multiple patches are used which has also some limitations. In this contribution, the XIGA is further developed to make the local refinement feasible by using Tspline basis functions. Adopting a recovery based error estimator in the proposed approach for evaluation of the model quality and performing the adaptive processes is in progress. Finally, some numerical examples with available analytical solutions are investigated by the developed scheme.
We study the Weinstein equation u on the upper half space R3+. The Weinstein equation is connected to the axially symmetric potentials. We compute solutions of the Weinstein equation depending on the hyperbolic distance and x2. These results imply the explicit mean value properties. We also compute the fundamental solution. The main tools are the hyperbolic metric and its invariance properties.
Non-destructive techniques for damage detection became the focus of engineering interests in the last few years. However, applying these techniques to large complex structures like civil engineering buildings still has some limitations since these types of structures are
unique and the methodologies often need a large number of specimens for reliable results. For this reason, cost and time can greatly influence the final results.
Model Assisted Probability Of Detection (MAPOD) has taken its place among the ranks of damage identification techniques, especially with advances in computer capacity and modeling tools. Nevertheless, the essential condition for a successful MAPOD is having a reliable model in advance. This condition is opening the door for model assessment and model quality problems. In this work, an approach is proposed that uses Partial Models (PM) to compute the Probability Of damage Detection (POD). A simply supported beam, that can be structurally modified and
tested under laboratory conditions, is taken as an example. The study includes both experimental and numerical investigations, the application of vibration-based damage detection approaches and a comparison of the results obtained based on tests and simulations.
Eventually, a proposal for a methodology to assess the reliability and the robustness of the models is given.
The present research analyses the error on prediction obtained under different data availability scenarios to determine which measurements contribute to an improvement of model prognosis and which not. A fully coupled 2D hydromechanical model of a water retaining dam is taken as an example. Here, the mean effective stress in the porous skeleton is reduced due to an increase in pore water pressure under drawdown conditions. Relevant model parameters are ranked by scaled sensitivities, Particle Swarm Optimization is applied to determine the optimal parameter values and model validation is performed to determine the magnitude of error forecast. We compare the predictions of the optimized models with results from a forward run of the reference model to obtain actual prediction errors.
The analyses presented here were performed to 31 data sets of 100 observations of varying data types. Calibrating with multiple information types instead of only one sort, brings better calibration results and improvement in model prognosis. However, when using several types of information the number of observations have to be increased to be able to cover a representative part of the model domain; otherwise a compromise between data availability and domain
coverage prove best. Which type of information for calibration contributes to the best prognoses, could not be determined in advance. For the error in model prognosis does not depends on the error in calibration, but on the parameter error, which unfortunately can not be determined in reality since we do not know its real value. Excellent calibration fits with parameters’ values near the limits of reasonable physical values, provided the highest prognosis errors. While models which included excess pore pressure values for calibration provided the best prognosis, independent of the calibration fit.
Electromagnetic wave propagation is currently present in the vast majority of situations which occur in veryday life, whether in mobile communications, DTV, satellite tracking, broadcasting, etc. Because of this the study of increasingly complex means of propagation of lectromagnetic waves has become necessary in order to optimize resources and increase the capabilities of the devices as required by the growing demand for such services.
Within the electromagnetic wave propagation different parameters are considered that characterize it under various circumstances and of particular importance are the reflectance and transmittance. There are several methods or the analysis of the reflectance and transmittance such as the method of approximation by boundary condition, the plane wave expansion method (PWE), etc., but this work focuses on the WKB and SPPS methods.
The implementation of the WKB method is relatively simple but is found to be relatively efficient only when working at high frequencies. The SPPS method (Spectral Parameter Powers Series) based on the theory of pseudoanalytic functions, is used to solve this problem through a new representation for solutions of Sturm Liouville equations and has recently proven to be a powerful tool to solve different boundary value and eigenvalue problems. Moreover, it has a very suitable structure for numerical implementation, which in this case took place in the Matlab software for the valuation of both conventional and turning points profiles.
The comparison between the two methods allows us to obtain valuable information about their perfor mance which is useful for determining the validity and propriety of their application for solving problems where these parameters are calculated in real life applications.
In this paper, wavelet energy damage indicator is used in response surface methodology to identify the damage in simulated filler beam railway bridge. The approximate model is addressed to include the operational and surrounding condition in the assessment. The procedure is split into two stages, the training and detecting phase. During training phase, a so-called response surface is built from training data using polynomial regression and radial basis function approximation approaches. The response surface is used to detect the damage in structure during detection phase. The results show that the response surface model is able to detect moderate damage in one of bridge supports while the temperatures and train velocities are varied.
Long-span cable supported bridges are prone to aerodynamic instabilities caused by wind and this phenomenon is usually a major design criterion. If the wind speed exceeds the critical flutter speed of the bridge, this constitutes an Ultimate Limit State. The prediction of the flutter boundary therefore requires accurate and robust models. This paper aims at studying various combinations of models to predict the flutter phenomenon.
Since flutter is a coupling of aerodynamic forcing with a structural dynamics problem, different types and classes of models can be combined to study the interaction. Here, both numerical approaches and analytical models are utilised and coupled in different ways to assess the prediction quality of the hybrid model. Models for aerodynamic forces employed are the analytical Theodorsen expressions for the motion-enduced aerodynamic forces of a flat plate and Scanlan derivatives as a Meta model. Further, Computational Fluid Dynamics (CFD) simulations using the Vortex Particle Method (VPM) were used to cover numerical models.
The structural representations were dimensionally reduced to two degree of freedom section models calibrated from global models as well as a fully three-dimensional Finite Element (FE) model. A two degree of freedom system was analysed analytically as well as numerically.
Generally, all models were able to predict the flutter phenomenon and relatively close agreement was found for the particular bridge. In conclusion, the model choice for a given practical analysis scenario will be discussed in the context of the analysis findings.
The 19th International Conference on the Applications of Computer Science and Mathematics in Architecture and Civil Engineering will be held at the Bauhaus University Weimar from 4th till 6th July 2012. Architects, computer scientists, mathematicians, and engineers from all over the world will meet in Weimar for an interdisciplinary exchange of experiences, to report on their results in research, development and practice and to discuss. The conference covers a broad range of research areas: numerical analysis, function theoretic methods, partial differential equations, continuum mechanics, engineering applications, coupled problems, computer sciences, and related topics. Several plenary lectures in aforementioned areas will take place during the conference.
We invite architects, engineers, designers, computer scientists, mathematicians, planners, project managers, and software developers from business, science and research to participate in the conference!
The 20th International Conference on the Applications of Computer Science and Mathematics in Architecture and Civil Engineering will be held at the Bauhaus University Weimar from 20th till 22nd July 2015. Architects, computer scientists, mathematicians, and engineers from all over the world will meet in Weimar for an interdisciplinary exchange of experiences, to report on their results in research, development and practice and to discuss. The conference covers a broad range of research areas: numerical analysis, function theoretic methods, partial differential equations, continuum mechanics, engineering applications, coupled problems, computer sciences, and related topics. Several plenary lectures in aforementioned areas will take place during the conference.
We invite architects, engineers, designers, computer scientists, mathematicians, planners, project managers, and software developers from business, science and research to participate in the conference!
SYSWELD Forum 2011
(2011)
Am 25. und 26. Oktober 2011 trafen sich an der Bauhaus-Universität Weimar 70 nationale und internationale Fachleute aus Forschung und Praxis, um sich im Rahmen des vierten SYSWELD Forums über aktuelle Entwicklungen der numerischen Simulation auf dem Gebiet der Wärmebehandlung und des Schweißens auszutauschen. Die numerische Simulation im Bereich des Schweißens und der Wärmebehandlung hat sich in den letzten Jahren beachtlich weiterentwickelt und bietet ein zukunftsweisendes und innovatives Arbeitsfeld für Ingenieure.
Während des Entwurfs- und Herstellungsprozesses eines architektonischen Objektes wird eine Menge organisatorischer, projektbezogener Daten zusammengetragen (z.B. Namen und Adressen von Bauherren, Firmen, Architekten, Ingenieuren, Behörden, die Art ihrer Beteiligung, Schriftverkehr). Diese Daten werden während dieses Prozesses mehrere Male verwendet, jedoch in unterschiedlichen Zusammenhängen, durch unterschiedliche Nutzer und von verschiedenen Anwendungen. Demzufolge ist eine geeignete Datenmodellierung und Datenverwaltung erforderlich, die diesen Aspekten gerecht wird. Der vorliegende Beitrag beschreibt ein Programm, welches die verschiedenen Formen der Projektdaten integriert, die Adreß-, Projekt- und Dokumentenverwaltung übernimmt, Projektinformationsdienstleistungen anbietet und Büroabläufe unterstützt.
Seismic insulation is one of the most progressive types of seismic protection. Seismic insulation is understood as applying special devices for reducing of inertial seismic loads acting on a building. The constructions, shown in article, significantly more effectively solve problems of seismic protection, comparing to the existing seismic insulation systems (SIS). The Special Mechanical Engineering Design Office has developed, manufactured and tested a shock-absorber unit (SAU) of large load capacity. The SAU represents a block of number of pneumatic shock-absorbers (PSA), concentrically mounted round the guiding cylinder. The protected object rests upon the upper movable part of the guiding cylinder of the SAU. In its turn, the lower part of the SAU is rested on the foundation plate, mounted on the ground. A set of the SAU is a constructive realization of the SIS. Efficiency of such SIS has been proved as theoretically, so experimentally An effective SIS can also be created on the base of the elasto-plastic shock-absorbers developed by the KBSM. New designing and constructional solutions are based on the use of the original SIS elements, performed on the base of long time existing (in the other field of technical equipment)units, safety and durability of which have been proved by long term service (more than 20 years).
Durch Modifizierung des bekannten Savingsalgorithmus mittels fester bzw. variabler Savingsparameter läßt sich ein interaktiver Zugang zur Lösung des Tourenproblems begründen. Die Resultate des Savingsalgorithmus können dadurch um ca. 8,5% verbessert werden. Durch die interaktive Arbeitsweise ist es möglich, daß spezielle Vorgaben eines Nutzers und Erfahrungen des Bearbeiters Berücksichtigung finden. Die durchgeführten Rechnungen lassen erwarten, daß bei der Wahl der Savingsparameter noch Reserven für eine weitere Effizienzerhöhung liegen. Vermutlich spielt die Anpassung der Parameter an die Problemstruktur der gestellten Aufgabe eine Rolle. Durch lokale Suche läßt sich die Vielfalt der interaktiven Entscheidungsmöglichkeiten ein-grenzen und automatisieren.
Im Rahmen des Sonderforschungsbereiches 524 <Werkstoffe und Konstruktionen für die Revitalisierung von Bauwerken 1> ist das primäre Anliegen des Teilprojektes D2 <Bauplanungsrelevantes digitales Gebäudeaufnahme- und Informationssystem> die Entwicklung von Methoden und Techniken zur Aufnahme von Bestandsdaten vor Ort oder durch Auswertung vorhandener Dokumentationen und deren direkte Integration in ein Bauwerksmodell. [15] Das Vorhaben erarbeitet Grundlagen zu Aspekten der fachplanerischen Nutzung und der wissenschaftlichen Auswertungen arbeitsmethodischer Vorgehensweisen in der Bestandsaufnahme unter Einbeziehung softwaretechnischer Methoden. Dabei finden Sachverhalte der Strukturierung, die Herausarbeitung von Systematiken der wesentlichen Informations-/Datenmengen, die Ableitung von Methoden zur zerstörungsfreien Erfassung und die Darstellung planungsrelevanter Gebäudeinformationen in digitalen Systemen Berücksichtigung. Beim Bauaufmaß werden neben traditionellen Methoden und Techniken längst geodätische Verfahren wie die Tachymetrie, die Photogrammetrie und die Handlaserentfernungsmessung einbezogen. In der Praxis des Bestandsaufmaßes repräsentiert gegenwärtig die Tachymetrie, das am häufigsten zur Innen- und Außenaufnahme von Gebäuden eingesetzte geodätische Vermessungsverfahren. [9] [3] Ausgehend von der heutigen Situation in der Bestandsaufnahme wird aufgezeigt, inwieweit es nach dem gegenwärtigen Stand der Technik möglich ist, die in der Geodäsie verwendeten Tachymeter direkt in der Bestandsaufnahme einzusetzen. In einem weiteren Schwerpunkt wird die Konzeption eines rechnergestützten Bauaufnahmesystems basierend auf reflektorlos messenden tachymetrischen Geräten beschrieben. Das Konzept berücksichtigt nicht nur das Bauaufmaß, sondern unterstützt adäquat den gesamten Prozeß der Bauaufnahme – von der Erstbegehung bis hin zur konstruktiven Gliederung. Abschließend werden tendenzielle Möglichkeiten in der Bauaufnahme diskutiert.
Im Rahmen des Sonderforschungsbereiches 524 “Konstruktionen und Werkstoffe für die Revitalisierung von Bauwerken“1 ist das primäre Anliegen des Teilprojektes D2 „Bauplanungsrelevantes digitales Gebäudeaufnahme- und Informationssystem“ die Entwicklung von Methoden und Techniken zur Aufnahme von Bestandsdaten vor Ort oder durch Auswertung vorhandener Dokumentationen und deren direkte Integration in ein Bauwerksmodell [11]. Das Vorhaben erarbeitet Grundlagen zu Aspekten der fachplanerischen Nutzung und der wissenschaftlichen Auswertungen arbeitsmethodischer Vorgehensweisen in der Bestandsaufnahme unter Einbeziehung softwaretechnischer Methoden. Dabei finden Sachverhalte der Strukturierung, die Herausarbeitung von Systematiken der wesentlichen Informations-/Datenmengen, die Ableitung von Methoden zur zerstörungsfreien Erfassung und die Darstellung planungsrelevanter Gebäudeinformationen in digitalen Systemen Berücksichtigung. In diesem Artikel werden ausgehend von Anforderungen der planungsrelevanten architektonischen Bauaufnahme eine Konzeption und die prototypische Realisierung zur flexiblen geometrischen Erfassung – dem Bauaufmaß – vorgestellt. Planungsrelevante Bauaufnahme Die Bauaufnahme dient der Modellbildung durch Erfassung und Wiedergabe eines real existenten Bauwerkes in seinem zum Zeitpunkt der Aufnahme angetroffenen Zustand. Die quasi vollständige Aufnahme ist aufgrund der großen zu ermittelnden Datenmengen und den hierdurch entstehenden Aufwendungen und Kosten nicht möglich [8]. Vielmehr muß eine Auswahl und Abstrahierung der aufzunehmenden Daten, ihrer Repräsentation und die Wahl ihrer Genauigkeit nach den Erfordernissen des jeweiligen Verwendungszweckes der Bauaufnahme erfolgen. So vielfältig die Erfordernisse einer Bauaufnahme ausfallen, so vielfältig sind auch die jeweiligen Forderungen und Auswahlen der aufzunehmenden Daten. In der überwiegenden Mehrheit aller Fälle ist auch die Wiedergabe der vorgefundenen geometrischen Ausprägung des Bauwerkes gewünscht oder erforderlich. Dabei werden unterschiedliche Genauigkeitsanforderungen an verschiedene Bereiche des Bauwerkes gestellt [9] [10]. So reicht vielleicht im Einzelfall eine skizzenhafte Wiedergabe des Umfeldes eines geplanten Ladenbereiches, während die umzunutzenden Bereiche in Ausführungsgenauigkeit zu erfassen sind. Die exakte geometrische Ausprägung eingebauter Bauelemente ist oft nur teilweise bekannt. In der Bauaufnahme muß ein enger Zusammenhang zwischen Geometrie und bauteilorientierter Konstruktion, sowie den verwendeten Ordnungssystemen bestehen. Um diesen Ansprüchen genüge zu tragen, werden entsprechende Aufnahmetechniken, rechnerinterne Abbildungen und Funktionalität zur Interaktion Nutzer - Modell gesucht.
Die zunehmend erforderliche Kooperation verschiedener Beteiligter unterschiedlicher Fachbereiche und der Einsatz hochspezialisierter Fachapplikationen in heterogenen Systemumgebungen unterstreichen die Bedeutung und Notwendigkeit neuer Konzepte und Möglichkeiten zur Schaffung einer computergestützten Integrationsebene. Ziel einer computergestützten Integrationsebene ist die Verbesserung der Kooperation und Kommunikation unter den Beteiligten. Grundlage dafür ist die Etablierung eines effizienten und fehlerfreien Daten- und Informationsaustausches zwischen den verschiedenen Fachplanern und -applikationen. Die Basis für die Datenintegrationsebene bildet ein digitales Bauwerksmodell im Sinne eines >virtuellen Bauwerks<, welches alle relevanten Daten und Informationen über ein zu planendes oder real existierendes Bauwerk zur Verfügung stellt. Bei der Verwirklichung einer Bauwerksmodell-orientierten Datenintegrationsebene und deren Modellverwaltung erweist sich speziell die Definition des Bauwerksmodells also die Spezifikation der relevanten auszutauschenden Daten als äußerst komplex. Der hier vorzustellende Relationen-orientierte Ansatz, d.h. die Realisierung des Daten- und Informationsaustauschs mittels definierter Relationen und Beziehungen zwischen dynamisch modifizierbaren Domänenmodellen, bietet Ansätze zur: * Verringerung und Beherrschung der Komplexität des Bauwerksmodells (Teilmodellbildung) * Realisierung eines effizienten Datenaustauschs (Relationenmanagement) Somit stellt der Relationenorientierte Ansatz einen adäquaten Lösungsweg zur Modellierung eines digitalen Bauwerksmodells als Datenintegrationsebene für den Lebenszyklus eines Bauwerkes dar.
Berechnungsmethoden mit Berücksichtigung des physikalisch nichtlinearen Verhaltens von Stahlbetonkonstruktionen werden mit Einführung der europäischen und nationalen Normung verstärkten Einsatz in der Tragwerksplanung finden. Hierbei sind im Gegensatz zu linearen Berechnungen zeitliche Aspekte der Tragwerksbeanspruchung zu berücksichtigen. Ein Lösungsansatz zur Beherrschung von Lastfolgeeffekten kann auf der Grundlage der Theorie des adaptiven Tragwerkes abgeleitet werden. Unter Verwendung von Algorithmen der mathematischen Optimierung lassen sich derartige Probleme numerisch lösen. Von besonderem Interesse sind dabei spezielle Formulierungen zur Bestimmung von Grenzwiderständen, die zur Bemessung von Stahlbetontragwerken herangezogen werden können. Im Beitrag werden zwei Konzepte zur numerischen Bestimmung von adaptiven Grenzwiderständen auf der Basis der nichtlinearen Optimierung vorgestellt, diese sind: - Konzept des superponierten Restzustandes - Konzept der gekoppelten plastischen Antwort. Es wird von einem elastisch- plastischen Verhalten der untersuchten Struktur ausgegangen.
For analysis and planing of transport networks detailed information concerning travel sequences is required. The paper examines an activity chain model to determine stochastic travel demand which individual generates in order to participate in activity or sequence of activities over the day. The transition from one activity to another depends on the activity participation decision, which is made sequentially and is constrained in space and time. Activity chains derived from travel survey data are used as a base to develop a more realistic model than conventional discrete trip models. Probabilistic concepts and statistical procedures are used to estimate characteristics of travel demand such as the number of daily out-of-home activities and transition probability from one activity to another participated by homogeneous behavioural groups. In addition, the paper compares the model for two different sized towns.
Datenaustausch, Daten resp. Produktdatenmodelle sind seit mehreren Jahren Themen in der Forschung. Verschiedene Forschungsprojekte und Initiativen diverser Firmen führten zu bereichsübergreifenden Ansätzen wie IFC und verschiedenen STEP-AP´s. Speziell im Stahlbau sind die Projekte >Produktschnittstelle Stahlbau< und >CIMsteel< entwickelt, weiterentwickelt und überarbeitet worden. Als Weiterentwicklung der bisher existierenden Austauschformate versuchen neuere Ansätze den Nutzen über die reine Datenübermittlung hinaus zu erweitern. So integrieren diese Lösungsvorschläge Aspekte der Kommunikation, der Zusammenarbeit und des Managements. Des weiteren übernehmen sie Aufgaben der Daten- und Modellverwaltung. Somit erfolgt eine digitale Abbildung unter Einbezug sämtlicher ermittelter Daten. Resultierend aus den besonderen Randbedingungen im Bauwesen, wird ein Bauwerksmodell aus untereinander in Beziehung gesetzten Domänenmodellen aufgebaut