56.03 Methoden im Bauingenieurwesen
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We present a model derived to describe tunnel fires. The model originates in a compressible description of the air in the tunnel. It takes into account the strong buoyancy forces and at the same time the small Mach-number of the airflow. We comment on the derivation, on analytical results and on numerical simulations of the model. The model has been validated using data from real tunnel fire experiments. It shows good agreement with the real situation.
Der Bauablauf unterliegt vielen Unwägbarkeiten. Von besonderer Bedeutung ist dieses Problem im Umfeld der Revitalisierung von Bauwerken. In weiten Teilen sind die auszuführenden Arbeiten nur schwer im Vorfeld planbar. Die Ursachen hierfür liegen großteils in der Problematik des Bauens im Bestand und dem aus wirtschaftlichen Gründen geringen Umfang von Analysen. Häufig treten verdeckte, im Vorfeld der Baumaßnahme nicht erkannte Schäden auf oder Materialstrukturen und Bauteilqualitäten wurden in der Planung unzureichend berücksichtigt. Alte Ausführungsunterlagen sind oft nicht verfügbar. Viele zur Ausführung bestimmter Arbeiten nötige Informationen fehlen und werden erst zum unmittelbaren Ausführungszeitpunkt bekannt. Einzelne Arbeiten sind nur schwer kalkulierbar bzw. planbar. Sie sind in Art und Umfang zunächst nicht bekannt und müssen gegebenenfalls als neue Vorgänge im Plan berücksichtigt werden. Diese besondere Situation bedarf einer gezielten Berücksichtigung. Die Planung des Bauablaufes muss in einer flexiblen und leicht anpassbaren Art und Weise erfolgen. Im folgenden Beitrag wird ein Ansatz zur Entwicklung eines solchen Prozessmodells vorgestellt, der im Rahmen des SFB 524 >Werkstoffe und Konstruktionen für die Revitalisierung von Bauwerken< an der Bauhaus-Universität Weimar untersucht und vorangetrieben wurde und wird. Das vorgestellte Modell kann kurzfristig flexibel auf die realen Gegebenheiten reagieren und ermöglicht trotzdem eine Planung und Steuerung des gesamten Ablaufs. Es enthält nicht wie bisher üblich deterministische Daten in starren Anordnungsbeziehungen. Vielmehr werden die Daten der Prozesse und die Beziehungen der Prozesse untereinander in einer nichtdeterministischen, unscharfen Form modelliert....
The goal of the collaborative research center (SFB 532) >Textile reinforced concrete (TRC): the basis for the development of a new material technology< installed in 1998 at the Aachen University is a complex assessment of mechanical, chemical, economical and productional aspects in an interdisciplinary environment. The research project involves 10 institutes performing parallel research in 17 projects. The coordination of such a research process requires effective software support for information sharing in form of data exchange, data analysis and data archival. Furthermore, the processes of experiment planning and design, modification of material compositions and design parameters and development of new material models in such an environment call for systematic coordination applying the concepts of operational research. Flexible organization of the data coming from several sources is a crucial premise for a transparent accumulation of knowledge and, thus, for a successful research in a long run. The technical information system (TRC-TIS) developed in the SFB 532 has been implemented as a database-powered web server with a transparent definition of the product and process model. It serves as an intranet server with access domains devoted to the involved research groups. At the same time, it allows the presentation of selected results just by granting a data object an access from the public area of the server via internet.
Hyperbolic Qp-scales
(2003)
The Qp-scales were first introduced in [1] as interpolation spaces between the Bloch and Dirichlet spaces in the complex space. ... However, such treatment presents the disadvantage of only considering the Euclidean case. In order to obtain an approach to homogeneous hyperbolic manifolds, the projective model of Gel'fand was retaken in [2]. With the help of a convenient fundamental solution for the hyperbolic (homogeneous of degree ®) D® (see [5]) it was introduced in [7] and [3] equivalent Qp scales for homogeneous hyperbolic spaces. In this talk we shall present and study some properties of this hyperbolic scale.
As it is well known, the approximation theory of complex valued functions is one of the main fields in function theory. In general, several aspects of approximation and interpolation are only well understood by using methods of complex analysis. It seems natural to extend these techniques to higher dimensions by using Clifford Analysis methods or, more specific, in lower dimensions 3 or 4, by using tools of quaternionic analysis. One starting point for such attempts has to be the suitable choice of complete orthonormal function systems that should replace the holomorphic function systems used in the complex case. The aim of our contribuition is the construction of a complete orthonormal system of monogenic polynomials derived from a harmonic function system by using sistematically the generalized quaternionic derivative
Die Bearbeitung von Bauprojekten erfordert ein hohes Maß an Fachwissen verschiedener Disziplinen. Dabei kommt eine Vielzahl spezialisierter Fachmodelle zum Einsatz. Zur Übernahme der Daten von anderen Planern in das eigene, neu zu erstellende Fachmodell sind die verfügbaren Inhalte aus verschiedenen Modellen vom Fachplaner entsprechend seiner Anforderungen anzupassen und um spezifische Inhalte zu ergänzen. Dabei ergeben sich Beziehungen, welche die Zusammenhänge und Abhängigkeiten der Fachmodelle untereinander aufzeigen. Eine zugleich allgemeingültige sowie vollständige Vordefinition des durch die Beziehungen beschriebenen Modellverbundes ist kaum möglich. Zur rechnerinternen Abbildung erfolgt aus diesem Grund eine Zerlegung des Modellverbundes in Partialmodelle und entsprechende Verknüpfungen. Die Beschaffenheit des Beziehungsgeflechtes hängt sowohl von der Qualität der Datenmodelle als auch von der Beschreibungsgüte der Verknüpfungstypen, deren Definition ein hohes Maß an Fachwissen erfordern, ab. Mit einem Konzept zur Strukturierung und Zerlegung der Verbindungen in Basiselemente sowie der Integrationsmöglichkeit zu komplexeren Elementen wird eine einfachere Erstellung, Wartung und Anpassung von umfassenden baufachlichen Inhalten ermöglicht. Zur Sicherung einer hochwertigen Beschreibung des Modellverbundes ist ein an die Fähigkeiten des Ingenieurs ausgerichteter Zugang zur Spezifikation und Anpassung der Beziehungsdefinitionen unverzichtbar.
Iso-parametric finite elements with linear shape functions show in general a too stiff element behavior, called locking. By the investigation of structural parts under bending loading the so-called shear locking appears, because these elements can not reproduce pure bending modes. Many studies dealt with the locking problem and a number of methods to avoid the undesirable effects have been developed. Two well known methods are the >Assumed Natural Strain< (ANS) method and the >Enhanced Assumed Strain< (EAS) method. In this study the EAS method is applied to a four-node plane element with four EAS-parameters. The paper will describe the well-known linear formulation, its extension to nonlinear materials and the modeling of material uncertainties with random fields. For nonlinear material behavior the EAS parameters can not be determined directly. Here the problem is solved by using an internal iteration at the element level, which is much more efficient and stable than the determination via a global iteration. To verify the deterministic element behavior the results of common test examples are presented for linear and nonlinear materials. The modeling of material uncertainties is done by point-discretized random fields. To show the applicability of the element for stochastic finite element calculations Latin Hypercube Sampling was applied to investigate the stochastic hardening behavior of a cantilever beam with nonlinear material. The enhanced linear element can be applied as an alternative to higher-order finite elements where more nodes are necessary. The presented element formulation can be used in a similar manner to improve stochastic linear solid elements.
The conventional way of describing an image is in terms of its canonical pixel-based representation. Other image description techniques are based on image transformations. Such an image transformation converts a canonical image representation into a representation in which specific properties of an image are described more explicitly. In most transformations, images are locally approximated within a window by a linear combination of a number of a priori selected patterns. The coefficients of such a decomposition then provide the desired image representation. The Hermite transform is an image transformation technique introduced by Martens. It uses overlapping Gaussian windows and projects images locally onto a basis of orthogonal polynomials. As the analysis filters needed for the Hermite transform are derivatives of Gaussians, Hermite analysis is in close agreement with the information analysis carried out by the human visual system. In this paper we construct a new higher dimensional Hermite transform within the framework of Quaternionic Analysis. The building blocks for this construction are the Clifford-Hermite polynomials rewritten in terms of Quaternionic analysis. Furthermore, we compare this newly introduced Hermite transform with the Quaternionic-Hermite Continuous Wavelet transform. The Continuous Wavelet transform is a signal analysis technique suitable for non-stationary, inhomogeneous signals for which Fourier analysis is inadequate. Finally the developed three dimensional filter functions of the Quaternionic-Hermite transform are tested with traditional scalar benchmark signals upon their selectivity at detecting pointwise singularities.
On the basis of the little material available (an architecture plan and some photographs) a computer model is developed for a bullet shaped dome, part of the Belgian Congo pavilion, created by the architect Henry Lacoste for the International Colonial Exhibition of 1931 in Paris. The ingenious and elegant wooden skeleton of the dome is approximated in two stages. The first approximation focusses on the curves traced on the dome by the wooden laminae, which appear to be loxodromes, cutting the meridians by a constant angle. In a second approximation the very specific joints of the laminae are taken into consideration. The resulting computer image shows an astonishing resemblance with the photographs. Finally, the shapes and dimensions of all laminae are calculated, enabling a possible reconstruction of the dome.
Die heutige Situation in der Tragwerksplanung ist durch das kooperative Zusammenwirken einer größeren Anzahl von Fachleuten verschiedener Disziplinen (Architektur, Tragwerksplanung, etc.) in zeitlich befristeten Projektgemeinschaften gekennzeichnet. Bei der Abstimmung der hierdurch bedingten komplexen, dynamischen und vernetzten Planungsprozesse kommt es dabei häufig zu Planungsmängeln und Qualitätseinbußen. Dieser Artikel zeigt auf, wie mit Hilfe der Agententechnologie Lösungsansätze zur Verbesserung der Planungssituation erreicht werden können. Hierzu wird ein Agentenmodell für die vernetzt-kooperative Tragwerksplanung vorgestellt und anhand der Planung einer Fußgängerbogenbrücke anschaulich demonstriert. Das Agentenmodell erfasst (1) die beteiligten Fachplaner und Organisationen, (2) die tragwerksspezifischen Planungsprozesse, (3) die zugehörigen (Teil-)Produktmodelle und (4) die genutzte (Ingenieur-)Software. Hieraus leiten sich die drei Teilmodelle (1) agentenbasiertes Kooperationsmodell, (2) agentenbasierte Produktmodellintegration und (3) Modell zur agentenbasierten Software-Integration ab. Der Fokus des Artikels liegt auf der Darstellung des agentenbasierten Kooperationsmodells.
Seit mehr als fünfzig Jahren werden zur Untersuchung der Tragwerkssicherheit auch Methoden der Wahrscheinlichkeitsrechnung herangezogen. Ungeachtet der inzwischen erreichten Fortschritte und der offensichtlichen Vorzüge, konnte dieses Vorgehen in der Praxis bis jetzt noch nicht ausreichend Fuß fassen. Im Beitrag wird das Problem der Tragwerkssicherheit mit einem neuartigen Verfahren behandelt. Im Unterschied zu den üblichen probabilistischen Methoden geht es nicht von Verteilungsfunktionen aus. Vielmehr werden die maßgebenden Zufallsgrößen in den Mittelpunkt gestellt und direkt in die Rechenvorschrift eingeführt. Als mathematisches Hilfsmittel dienen die WIENERschen Chaos-Polynome. Sie stellen im Raum der Zufallsgrößen mit beschränkter Varianz eine Basis dar, mit der sich eine beliebige Zufallsgröße nach orthogonalen Polynomen GAUSSscher Zufallsgrößen entwickeln läßt. So entsteht ein effektiver Formalismus, der sich eng an die herkömmliche Deformationsmethode anlehnt und als deren probabilistische Verallgemeinerung angesprochen werden darf. Die Methode liefert die Grenzzustandsbedingung als Funktion der auf das Tragwerk wirkenden Zufallsgrößen. Die Versagenswahrscheinlichkeit kann daher durch Monte-Carlo-Simulation bestimmt werden. Die mit der Auswertung des Wahrscheinlichkeitsintegrals der First Order Reliability Method (FORM) verbundenen Schwierigkeiten werden vermieden. An einem Beispieltragwerk wird dargestellt, wie sich Veränderungen gewisser Konstruktionsparameter auf die Versagenswahrscheinlichkeit auswirken.
Maxwell's equations can be rewritten in terms of a Dirac operator D+a. The advantage is that in this setting Maxwell's equations are treated as a system of first order differential equations. To ensure the uniqueness of a non-homogeneous differential equation in the whole space additional conditions are needed.
A realistic and reliable model is an important precondition for the simulation of revitalization tasks and the estimation of system properties of existing buildings. Thereby, the main focus lies on the parameter identification, the optimization strategies and the preparation of experiments. As usual structures are modeled by the finite element method. This as well as other techniques are based on idealizations and empiric material properties. Within one theory the parameters of the model should be approximated by gradually performed experiments and their analysis. This approximation method is performed by solving an optimization problem, which is usually non-convex, of high dimension and possesses a non-differentiable objective function. Therefore we use an optimization procedure based on genetic algorithms which was implemented by using the program package SLang...
In modernen Gebäuden nimmt die Komplexität der Heizungstechnik ständig zu. Damit wird es auch immer schwieriger, ein ökologisch und ökonomisch vernünftiges Zusammenspiel der Komponenten zu gewährleisten. Die Vernetzung der verschiedenen Komponenten eines Heizsystems mittels Netzwerktechnik aus der EDV soll helfen, die Energieeffizienz zu erhöhen. Embedded Systems und Mikrocontroller fungieren als Regler für die Teilsysteme. Durch Kommunikation untereinander sollen sie ihr Regelverhalten aneinander anpassen. Eine Internetanbindung ermöglicht die Nutzung weiterer Informationen für die Betriebsführung. Außerdem kann der Internetanschluss für die Fernwartung der Anlage genutzt werden. Mit kleinen, im Webbrowser eines Rechners ausgeführten Java-Programmen, sogenannten Applets, können die Betriebszustände von Heizsystemen in Echtzeit visualisiert werden. Durch das Aufzeichnen von Betriebsdaten wird deren Analyse ermöglicht.
SYSBAT - An Application to the Building ProductionBased on Computer Supported Cooperative Work
(2003)
Our proposed solution is to enable partners of a construction project to share all the technical data produced and handled during the building production process by building a system through the use of internet technology. The system links distributed databases and allows building partners to access remotely and manipulate specific information. It provides an updated building representation that is being enriched and refined all along the building production process. A recent collaboration with Nemetschek France (subsidiary company of Nemetschek AG, AEC CAD software leader) focus on a building product repository available in a web context. The aim is to help building project actors to choose a technical solution that fits its professional needs, and maintain our information system with up to date information. It starts with the possibility to build on line building product catalogs, in order to link Allplan CAD entities with building technical features. This paper presents the conceptual approaches on which our information system is built. Starting from a general organization diagram organization, we focus on the product and the description branches of construction works (including last IFC model specifications). Our aim is to add decisional support to the construction works selection process. To do so, we consider the actor's role upon the system and the pieces of information each one needs to achieve a given task.
The research of the best building design requires a concerted design approach of both structure and foundation. Our work is an application of this approach. Our objective is also to create an interactive tool, which will be able to define, at the early design stages, the orientations of structure and foundation systems that satisfy as well as possible the client and the architect. If the concerns of these two actors are primarily technical and economical, they also wish to apprehend the environmental and social dimensions of their projects. Thus, this approach bases on alternative studies and on a multi-criterion analysis. In this paper, we present the context of our work, the problem formulation, which allows a concerted design of Structure and Foundation systems and the feasible solutions identifying process.
Wahrnehmung und Verarbeitung von Ereignissen bei der verteilten Planung im baulichen Brandschutz
(2003)
Der Bauplanungsprozess ist durch ein hohes Maß an Kooperation zwischen Planungsbeteiligten verschiedener Fachrichtungen gekennzeichnet. Hierbei werden zum einen Planungen auf der Basis von Planungsinformationen anderer Planungsbeteiligter detailliert, zum anderen geben Planungen einzelner auch wichtige Rahmenbedingungen für die Gesamtplanung vor. Der vorliegende Beitrag beschreibt einen Ansatz zur ganzheitlichen Unterstützungen verteilter Planungen am Beispiel des baulichen Brandschutzes. Der Antrag trägt hierbei der verteilten und parallelen Planung Rechnung, wie sie heute bei der Planung großer und mittlerer Bauwerke angewendet wird. Die Verteiltheit wird nicht nur für die Planungsbeteiligten modelliert, sondern auch die einzelnen Planungsinformationen liegen im gemeinsamen Kooperationsverbund verteilt vor. Der Fokus dieses Beitrags liegt auf der Wahrnehmung von Planungsänderungen und Ereignissen während der Planung und die Verarbeitung dieser Informationen um eine durchgängige Planung zu gewährleisten. Dies wird zum einen durch das CoBE Awarenessmodell erreicht, mit dem Ereignisse erkannt und dem Informationsverbund zur Verfügung gestellt werden können. Zum anderen werden die Ereignisbehandlung und die darauf folgende fachgerechte Informationsverarbeitung mit Hilfe eines Multi-Agentensystems beschrieben.
Mobile Software-Agenten für neuartige Funktionen und Nutzeffekte in intelligenten Gebäudesystemen
(2003)
Anwendungsbezogene Software innerhalb vernetzter Gebäude nimmt immer mehr zu. Neue Standards erlauben den einfachen Fernzugriff, um neue Services zu installieren oder um Updates aufspielen zu können. Zu diesem Thema wird der OSGi-Standard vorgestellt, der ein Management von Software während des Betriebs vornehmen kann. Außerdem nimmt die Netzlast der heterogenen Netze innerhalb und zu den Häusern stetig zu. Hier können mobile Softwareagenten ihre Vorteile gegenüber herkömmlichen, statischen Kommunikationsmechanismen hervorheben. Im folgenden Text wird die Integration solcher mobilen Softwareagenten in bestehende Standards intelligenter Häuser beschrieben und anhand des Innovationszentrum Intelligentes Haus Duisburg (www.inhaus-duisburg.de) beispielhaft erläutert. Nach der Einleitung wird in Kapitel 2 der aktuelle Stand der Technik beschrieben. Dabei wird vor allem auf den OSGi-Standard und die Technik der mobilen Softwareagenten eingegangen. Im Kapitel 3 wird stehen vor allem Voranalysen zur Fernwartung, Optimierungen von Regelungen und die Integration dynamischer Netzteilnehmer im Vordergrund, die durch die beschriebenen Mechanismen erleichtert werden. Im Kapitel 4 werden die Ergebnisse kurz zusammengefaßt und einen Ausblick gegeben.
There exists a big gap between the capabilities of current 3D-CAD applications and their actual usage in practice. Many architects and planners still prefer to draft in 2D because the benefits of 3D modeling are difficult to explain. This presentation offers a basis to view the 3D building model not merely as the source for 2D plan generation. By adding extra dimensions like Time and Cost to the 3D building model it becomes possible to generate dynamic information on building construction progress with regards to used material, resources and cost. These additional benefits are key elements to many planners and contractors and may therefore widen the acceptance of 3D building modeling in general.