620 Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
Refine
Document Type
- Conference Proceeding (326)
- Article (129)
- Doctoral Thesis (8)
- Master's Thesis (1)
Institute
- Professur Informatik im Bauwesen (464) (remove)
Keywords
- Modellierung (62)
- Bauwerk (48)
- Finite-Elemente-Methode (41)
- CAD (39)
- Verteiltes System (38)
- Bautechnik (30)
- Produktmodell (24)
- Architektur (23)
- Simulation (21)
- Computerunterstütztes Verfahren (20)
Die geometrische Modellierung hat in den Ingenieurwissenschaften eine große Bedeutung erlangt. Die Visualisierung von zwei- oder dreidimensionalen Problemstellungen ist aus heutigen Anwendungen nicht mehr wegzudenken. Zunehmend rücken Aufgabenstellungen aus dem Bereich der geometrischen Modellierung in den Vordergrund, die über die etablierten Dimensionen 1-3 hinausgehen und die nicht mehr rein geometrischer Natur sind. Hierzu zählen Aufgabenstellungen aus den Bereichen numerische Simulation, Parameteridentifikation und Strukturanalyse. Auf diese nicht-geometrischen Aufgabenstellungen sollen geometrische Verfahren, wie z.B. Triangulation, konvexe Hülle, geometrischer Schnitt und Interpolation angewendet werden. Hierzu werden diese Algorithmen, die alle auf der klassischen Geometrie des euklidischen Raumes beruhen, auf ihre Übertragbarkeit hin analysiert und überarbeitet. Am Beispiel einer Parameteridentifikation wird eine systematische Vorgehensweise vorgestellt, die es ermöglicht, trotz weniger Versuchsrechnungen den Bereich der in Frage kommenden Parameter umfassend zu beschreiben. Dies ermöglicht ein besseres Verständnis der Zusammenhänge der Parameter untereinander. Häufig existieren mehr als eine Parameterkombination, so daß diese eine Isolinie formen, die ihrerseits unendlich viele Lösungen des gestellten Problemes im Untersuchungsgebiet beschreibt.
Der Effekt des praktischen Einsatzes von CAD-Systemen im Stahlbau erschöpft sich heute weitgehend in einer Verbesserung der Qualität der Planungsunterlagen und in der Verkürzung der Bearbeitungszeiten. Dabei ist bei schwierigen individuellen Konstruktionen die Einsparung an Arbeitszeit oft nicht sehr markant gegenüber einer traditionellen Arbeitsweise. Die dreidimensionale Erfassung, Speicherung und Verarbeitung von Konstruktionsdaten im Rechner verlangt neben größeren Rechenleistungen neue Verfahren für die Behandlung dieser Daten. Die Möglichkeiten der Automatisierung stahlbautypischer Produktionsvorgänge und einer variablen, computergestützten Planung erfordern wissenschaftlich-technische Betrachtungen des Gesamtproblems. Ausgehend von den Anforderungen des Stahlbaus wird ein neues dreidimensionales Volumenmodell für den rechnergestützten Entwurf und die Konstruktion erarbeitet. Es werden grundlegende Methoden zur Problembehandlung aufgezeigt. Die Methodik basiert im wesentlichen auf der Methode der Inzidenz-Matrizen, um die Beziehungen zwischen topologischen und geometrischen Informationen eines Körpers darzustellen. Die Ermittlung der lokalen Mannigfaltigkeiten wird mit dem Euler-Polyedersatz verglichen und an Beispielen demonstriert. Eine neue Methode zur Ermittlung der lokalen Mannigfaltigkeiten wird dargestellt. Stahlbauspezifische Konstruktionen werden erzeugt und ihre Gestalt nach Anforderungen verändert. Im besonderen werden stahlbauspezifische Ausklinkungen und Verschneidungen erarbeitet und an Beispielen präsentiert.
A technique for using object-oriented technologies to write structural analysis software has been developed. The structural design information of an individual building is stored in an object-oriented database. A global database provides general design values as material data and safety factors. A class library for load elements has been evolved to model the transfer of loads in a building. This class library is the basis for the development of further classes for other structural elements such as beams, columns or slabs. A software has been developed to monitor the forces transferred from one structural member to another in a building for load cases and combinations according to Eurocode 1. The results of the analysis are stored in the projects database from which a structural design report may be generated. The software was developed under Microsoft Visual C++. The Microsoft Foundation Class Library (MFC) was used to program the Graphical User Interface (GUI). Object Linking and Embedding (OLE) technology is useful to include any type of OLE server objects for example texts written with a word processor or CAD drawings in the structural design report. The Object-Oriented Database Management System (OODBMS) ObjectStore provides services to store the large amount of objects.
A Product Model of a Road
(1997)
Many errors and delays frequently appear when data is exchanged between particular tasks in the lifecycle of the road. Inter-task connections are therefore of great importance for the quality of the final product. The article describes a product model of a road wich is the kernel of an integrated information system intended to support all important stages of the road lifecycle: design, evaluation (through different analysis procedures), construction, and maintainance. Since particular tasks are often executed at different places and in different companies, the interconnections are supported by a special metafile which contains all specific data of the product model. The concept of the integrated system is object and component oriented. Additionally, existing conventional program packages are included to support some common tasks (methods). A conventional relational database system as well as an open spatial database system with the relevant GIS functionality are included to support the data structures of the model.
Objektorientierte Modellierungstechniken werden gegenwärtig vor allem Entwicklern von CAD-Systemen angeboten. Sie erzeugen über die Schritte OO-Modellanalyse und OO-Softwaredesign OO-Programme, die mit ihrer Compilation das durch den Softwareingenieur gefundene Modell festschreiben. Generell, aber insbesondere im Bauwerksdesign, ist dieses Vorgehen unbefriedigend, da hier eine Normung von Modellen nicht gelingt, der Entwurfsprozeß vergleichsweise lang ist und eine Kooperation von Ingenieurgewerken mit verschiedenen Modelldomänen die Regel sind. Darüber hinaus weisen die Modelle in frühen Phasen ein hohes Maß an Unschärfe und Abstraktion auf. CAD-Tools, die diese Phasen unterstützen, benötigen deshalb: statt eines genormten Produktmodells ein einheitliches, kognitiv begründetes Modellstrukturierungsparadigma, für das mit der Objektorientierung eine mögliche Ausprägung gegeben ist, ein explizites, verfügbares Domänenmodell zur fortwährenden Interpretation von Bauwerksmodellen, deskriptive Elemente, die die Interpretation von Objekten und Attributen erleichtern, ein Konzept zur Behandlung von Unschärfe und Abstraktion. Hieraus ergeben sich für die Entwicklung von CAD-Systemen folgende Forderungen : Explizite Verfügbarkeit von Klassenobjekten und deren Erzeugung und Veränderung zur Laufzeit, Vererbung auf Klassen- und Instanzniveau, Erweiterte Attributkonzepte (Facetten), Unterstützung der Aggregation als einer wesentlichen Modellstrukturierungsrelation, Verfügbarkeit von OO-Schnittstellen zum Aufbau von CAD-Systemen aus Tools einerseits, sowie zur Trennung von Modellverwaltung und Modellrepräsentation andererseits. Als ein herausragendes Merkmal des Objektorientierten Paradigmas wird die Anwendungsnähe genannt, da Erscheinungen der behandelten Domäne sich analog in Modellen und Programmen wiederfinden (sollen). Unter der Grundannahme, daß dieses Paradigma auch durch den Anwender zur Erstellung seiner Modellwelten verwendet wird, will FLEXOB eine homogene Umgebung schaffen, die die Modellwelt des Softwareingenieurs zu Analysezwecken dem Anwender zur Verfügung stellt und die die Erweiterung dieser Modellwelt auf deskriptivem Niveau ermöglicht. Das Tool FLEXOB und einige wesentliche Implementationsdetails werden im Beitrag vorgestellt. Es handelt sich bei diesem Tools um eine C++ Klassenbibliothek, die entweder als Objektmodul oder als Windows-DLL verwendet werden kann. Aspekte des Nutzungsregimes solch flexibler Modellverwaltungen werden im Beitrag ebenfalls angespochen.
Für die Gestaltung einer durchgängigen Unterstützung des Entwurfsprozesses stehen gegenwärtig deskriptive Modelle der Entwurfsobjekte im Mittelpunkt der Untersuchungen. Diese Modelle gestatten das Ableiten von Repräsentationen sowie eine Weitergabe von Entwurfsergebnissen. Pragmatische Gliederungen des Entwurfsprozesses unterteilen diesen nach organisatorischen und betriebswirtschaftlichen Aspekten (Planbarkeit und Abrechenbarkeit) in eine Sequenz von Entwurfsphasen (HOAI). Diese Gliederungen berücksichtigen nicht das WIE des eigentlichen modellkreierenden Schaffensprozesses. Für ein echtes CADesign bildet dessen Klärung jedoch die erforderliche Voraussetzung. Im Beitrag wird dazu von einem vereinheitlichten Set generischer Entwurfsaktionen ausgegangen. Auch dann, wenn die verschiedenen Entwurfsphasen und die Entwurfshandlungen der einzelnen Ingenieurgewerke mit spezifische Entwurfsmodellen verbunden werden, besteht damit eine Grundlage zur methodischen Fundierung entsprechender CAD-Tools. Die methodische Verfahrensweise ähnelt der, die in Form von Styleguides zur Gestaltung von 'Graphical User Interfaces' vorgeschlagen wird. Wesentliche praktische Benutzungen solche Basisaktivitäten ergeben sich für: die Systematisierung computergestützter Entwurfshandlungen, insbesondere durch Erweiterung des deskriptiven um ein operationales Modell sowie deren erweiterte Interpretierbarkeit die Erzeugung wissensbasierter Werkzeuge zur automatischen Modellgenerierung/-konfiguration die Implementation von leistungsfähigen UNDO- bzw. TMS-Mechanismen.
Trotz der langjährigen Erfahrung bei der Anwendung objektorientierter Konzepte bei der Modellierung von Gebäuden ist es bisher nicht gelungen, ein allgemein anerkanntes Gebäudemodell im Rechner abzubilden. Das mag zum einen daran liegen, daß die Standardisierung eines solchen Modells bis heute zu keinem Abschluß gekommen ist. Zum anderen aber scheint vor allem die Problematik der Abbildung eines solchen Gebäudemodells in das Objektmodell einer Programmiersprache bisher unterschätzt worden zu sein. Die erhoffte Durchgängigkeit von objektorientierter Analyse, Entwurf und Programmierung gelingt bei Anwendungen für Entwurfsaufgaben nicht. Das gilt vor allem für Anwendungen, die frühe Entwurfsphasen unterstützen und damit erst zur Definition eines Gebäudemodells beitragen. Im Bereich der Softwareentwicklung wird das Konzept des Objektes als Ordnungsbegriff zur Strukturierung von Softwaremodulen benutzt. Die Übertragung dieser Ordnung in die Welt des Ingenieurs oder Architekten zur Bezeichnung eines konkreten Elements aus einem Modell (Raum 42 aus der Menge aller Räume des Gebäudes Blumenstraße 7) kann daher nur zu begrenzten Erfolgen führen. Aus der Analyse der Widersprüchlichkeit des Objektbegriffs zwischen Softwareentwickler (Programmierer) und Softwareanwender (Ingenieur, Architekt) wird im folgenden ein Laufzeitsystem für dynamische Objektstrukturen entwickelt, das es dem Softwareentwickler erlaubt, sowohl auf die Struktur als auch auf die Ausprägung eines Modells zuzugreifen. Dem Softwareanwender können damit Werkzeuge zur Verfügung gestellt werden, die es ihm gestatten, Gebäudemodelle zu definieren. Das Laufzeitsystem enthält zum einen eine Reihe von Klassen, die es ermöglichen, die Struktur von Anwenderobjekten dynamisch zu beschreiben und zu analysieren. Eine zweite Art von Klassen erlaubt das Erzeugen und Verändern von Anwenderobjekten, die diesen Strukturen entsprechen
This is a paper about knowledge in design and how to elicit knowledge from design processes. The paper is a preparation for an empirical study of interaction in the design process. Reasonings of three authors - Schön, Broadbent and Lundequist - on design processes is presented. They all have a pragmatic perspective in common, and regard the process as an activity without a definite form. Design is seen as an activity of creating models of forms and shapes, by addressing expert knowledge in a dialogic way to problematic situations. Due to the pragmatic approach I find the pragmatist Dewey´s understanding of knowledge and elecitation of knowledge appropiate for studying design processes. According to him it is possible to build up objectified descriptions of experiences, also of such, which are based on experiences of emotional and intuitive nature. There need not be a definite border, which separates tacit knowledge from explicit knowledge - when it comes to the question of the possibility of verbal descriptions. Tacit knowledge is possible to articulate within pragmatic thinking. The conclusion is, that it is possible to study the tacit knowledge of design processes, and get some qualitative insights useful for theory building. A study of design processes can look at three different forms of knowledge. It appears as a precognitive understanding of the design situation, as integrated in the design activity - seeing the situation as something known - and in the process of creating something new.
Projektsteuerung gewinnt als Aufgabenfeld bei der Realisierung von Investitionsprojekten ständig an Bedeutung. Zur Bewältigung der umfangreichen und komplizierten Aufgaben des Projektsteuerers wird zunehmend Software angeboten und genutzt. Dabei ist feststellbar, daß von einer integrierten Projektsteuerung unter Berücksichtigung der Kriterien Leistung, Termin und Kosten nicht gesprochen werden kann, weil wesentliche theoretische und praktische Voraussetzungen fehlen. Im Beitrag werden Defizite der praktizierten Vorgehensweise und Lösungsansätze für eine integrierte rechnergestützte Projektsteuerung vorgestellt. Durch geeignete Formen der Projektstrukturierung und eine Kopplung auf dem Mark befindlicher Standardsoftware können geeignete Lösungen gefunden werden. Problempunkte dabei stellen die Schnittstellen zwischen den Anwenderprogrammen die Datenbeschaffung und -verwaltung sowie geeignete Verfahren zur Kostenermittlung und -verfolgung dar. Im Beitrag werden eine bereits praktizierte und eine in Entwicklung befindliche Lösung vorgestellt.
Das studentische Projekt Umweltorientiertes Projektmanagement (UWoPM) eröffnet eine neue Generation von Arbeitsweisen im Projektmanagement. Umweltbelange wirken über Rechtsvorschriften immer stärker in das Projektgeschäft hinein. Durch Einbeziehung von rechtsrelevanten Daten in die Projektdatenbasis sowie von Rechtsbestimmungen in die Wissensbasis wird eine Softwareunterstützung für (wenn auch zunächst nur elementare) Rechtsfragen geboten. Eine spezielle Präsentation von Rechtswissen und eine komfortable Unterstützung der Antragstellung sollen dies in die Selbstverständlichkeiten des Projektmanagements einbringen. Gleichzeitig bietet der UWoPM-Prototyp zeitgemäße Systemlösungen für die Kommunikation Antragsteller - Behörde sowie für den Workflow innerhalb der Genehmigungsbehörde. Dieser Vortrag gibt Einführung und Übersicht zu insgesamt 18 Diplomarbeiten, in denen die Einzelkomponenten des UWoPM entwickelt wurden. Zentrales Problem war die Überführung gesetzlicher Vorschriften in Wissensbasen. Durch Beschränkung auf >Kernbestimmungen< und Ausweis von Interpretationsbedarf wurde ein prinzipieller Lösungsweg realisiert. Die technische Realisierung konnte zwar über einen Prototyp noch nicht hinausgehen, weist aber die Realisierbarkeit des Gesamtansatzes nach.
Nichtstationäre Baustellenprozesse sind dadurch gekennzeichnet, daß ihr Ablauf nicht vollständig vorhersehbar ist, sondern einer Vielzahl von Störungen unterworfen sein kann. Zur Planung und Steuerung dieser Prozesse sind daher Methoden erforderlich, welche u.a. eine große Anpassungsfähigkeit, die Darstellung paralleler Vorgänge, die Erfassung plötzlicher Störungen sowie stochastische bzw. unscharfe Parameter zulassen. Hiervon ausgehend wurden spezielle Simulationssysteme entwickelt. In der Praxis dient jedoch in den meisten Fällen das Balkendiagramm bzw. die Netzplantechnik als Planungshilfsmittel. Dabei ist der Informationsgehalt der Netzplantechnik eindeutig geringer gegenüber der Simulation. Auch fallen deterministische Berechnungen in der Regel zu optimistisch aus. Ein Wechsel von der Netzplantechnik zur Simulation ist möglich, indem zunächst Netzpläne auf der Grundlage von Petri-Netzen dargestellt werden und somit ein schrittweiser Übergang zur Simulation erfolgt. Neben der Modellbildung kommt der Bereitstellung realitätsnaher Parameter, die den Berechnungen zugrunde gelegt werden, eine große Bedeutung zu. Bei der Terminplanung sind Kenntnisse zu bestimmten äußeren Einflüssen (z. B. Niederschlag) oft nur in unscharfer Weise vorhanden. Hier bietet sich der Einsatz von Fuzzy-Verfahren an. Mit ihrer Hilfe lassen sich unscharfe Faktoren erfassen und in die Planung einbeziehen. Sowohl zur Darstellung von Petri-Netzen als zur Berechnung (Simulation) auf deren Grundlage sowie zur Aufbereitung der Daten mittels Fuzzy-Verfahren liegen entsprechende Rechenprogramme vor.
Processing technical and environmental data on building materials, components, and systems has become more important during the last few years. Increased sensitivity towards environmental and energy problems has lead to the demand for simulation and evaluation of the long term behavior of buildings. The results of such simulations are expected to enable architects and engineers to develop a broader, interdisciplinary understanding of the impact of their products (buildings) on the environment. However, conducting such evaluations is currently hampered by the lack of comprehensive, up-to-date, and ecologically relevant data on building materials, components, and systems. To address this problem, this paper proposes an approach to deal with the absent or uncertain attributes of building materials, components, and systems. In the past, various information systems have been developed to provide data on a limited set of building materials, including precise values pertaining to some of their characteristics, such as availability, manufacturers, costs, etc. These traditional information systems have difficulty in dealing with uncertain, incomplete and sparse data. However, uncertainty and incompleteness characterize the nature of most of the available and environmentally related characteristics of materials, components, and systems. In this paper, a fuzzy-logic-based augmentation of traditional information systems is proposed towards providing management, utilization and manipulation of incomplete and uncertain data.
The aim of researches conducted within gamsau about urban simulation, in particular Remus project, is to allow rapid modeling of large and regular urban zones, for purpose of interactive navigation (like VRML) or for realistic rendering (ray-tracing methods). One of problems to be solved in this context is the multiplicity of data formats : inputs come from different sources, and outputs are for heterogeneous systems of visualization. Typically CSG and boundary representation must be generated, treated and converted during building of models. Furthermore, the generated models can be more or less refined, depending on requests and type of use. This paper describes the general context of data models conversion, problems concerning levels of detail and implementation done in Remus, based on object oriented approach.
Designing lightings in a 3D-scene is a general complex task for building conception as it is submitted to many constraints such as aesthetics or ergonomics. This is often achieved by experimental trials until reaching an acceptable result. Several rendering softwares (such as Radiance) allow an accurate computation of lighting for each point in a scene, but this is a long process and any modification requires the whole scene to be rendered again to get the result. The first guess is empirical, provided by experience of the operator and rarely submitted to scientific considerations. Our aim is to provide a tool for helping designers to achieve this work in the scope of global illumination. We consider the problem when some data are asked for : on one hand the mean lighting in some zones (for example on a desktop) and on the other hand some qualitative information about location of sources (spotlights on the ceiling, halogens on north wall,...). The system we are conceiving computes the number of light sources, their position and intensities, in order to obtain the lighting effects defined by the user. The algorithms that we use bind together radiosity computations with resolution of a system of constraints.
Der Fokus des Projektes liegt auf einer besseren Unterstützung der kooperativen Aspekte im Bauwerksentwurf und der Anwendung von ComponentWare-Techniken in der Architektur des Entwurfssystems. Es muß festgestellt werden, daß die Kooperation der Beteiligten im Entwurfsprozeß von Bauwerken durch die heute praktizierten Datenaustauschverfahren nicht oder nur unbefriedigend unterstützt wird und das keine Lösung dieses Problems durch die Weiterentwicklung von filebasierten Datenaustauschformaten zu erwarten ist. Im Rahmen des Projektes wird mit einer CORBA-Umgebung für Smalltalk-80 ein verteilbares Objektsystem realisiert. Als Architektur des Systems wurde eine hybride Herangehensweise gewählt, bei der allgemeine Informationen auf einem zentralen Server verwaltet werden und die eigentlichen Projektinformationen bei Bedarf repliziert werden. Wie allgemein in GroupWare - orientierten Systemen notwendig, müssen effektive Mechanismen der Nebenläufigkeitskontrolle und zur Sperrung bestimmter Modellbereiche realisiert werden. Wichtig ist für kooperative Entwurfssysteme die Systemunterstützung der Beseitigung der Folgen von kollidierenden Entwurfsintensionen durch die Bearbeiter. Dazu werden unter anderem Remote-Pointer-Mechanismen realisiert. In Abhängigkeit von der Rolle eines Bearbeiters werden diesem Sichten auf des Objektmodell (Partialmodelle) zugeordnet. Es werden Mechanismen zur Autorisierung des Zugriffs auf Partialmodelle implementiert, zu diesem Zweck erfolgt eine Nutzerauthentifizierung. Beziehungen zwischen Partialmodellen werden durch eine spezielle Relation im Objektsystem abgebildet. Die Konzeption des Objektsystems lehnt sich an die PREPLAN-Philosophie an. Das impliziert die Unterstützung von Entwurfshandlungen sowohl in Bottom-Up- als auch in Top-Down - Richtung. Benutzer können das Objektsystem um eigene Klassen erweitern bzw. existierende Klassen modifizieren und Attribute mit Defaultwerten belegen, um das System inkrementell mit Domänenwissen anreichern zu können. Von großer Bedeutung für kooperative Entwurfssysteme sind eine Versionsverwaltung und die Bereitstellung von Undo - und Redo - Mechanismen. Es ist möglich, multimediale Daten im Objektmodell abzulegen und diese in Abhängigkeit von ihrem Format wiederzugeben bzw. zu bearbeiten. Das beschriebene System befindet sich derzeit in der Implementierung.
Ideally, multiple computational building evaluation routines (particularly simulation tools) should be coupled in real-time to the representational design model to provide timely performance feed-back to the system user. In this paper we demonstrate how this can be achieved effectively and conveniently via homology-based mapping. We consider two models as homologous if they entail isomorphic topological information. If the general design representation (i.e., a shared object model) is generated in a manner so as to include both the topological building information and pointers to the semantic information base, it can be used to directly derive the domain representations (>enriched< object models with detailed configurational information and filtered semantic data) needed for evaluation purposes. As a proof of concept, we demonstrate a computational design environment that dynamically links an object-oriented space-based design model, with structurally homologous object models of various simulation routines.
Former achievements for integrated information management have concentrated on interoperability of applications like e.g. CAD, structural analysis or facility management, based on product models introducing additional application independent model layers (core models). In the last years it has become clear, that besides interoperability of autonomous applications, the concurrent processes of model instantiation and evolution have to be modeled, including the relationship to available project resources, persons, legal requirements and communication infrastructure. This paper discusses some basic concepts for an emerging methodology relating the fields of product modeling, project management and workflow systems by elaborating the concept of a process model, which gives a decomposition of the project goals into executable activities. Integrated information management systems should be related to process models to detect pending activities, deadlocks and alternatives of execution. According to the heterogeneous nature of project communication processes, a method for dynamic classification of ad-hoc activities is suggested, that complements predefined highlevel process definitions. In a brief outline of the system architecture, we show how sophisticated information management systems can be broadly made available by using conventional Internet technologies.
The general motivation of this research is to develop software to support the handling of the increased complexity of architectural design. In this paper we describe a system providing general support during the whole process. Instead of only developing design tools we are also addressing the problem of the operating environment of these tools. We conclude that design tools have to be integrated in an open, modular, distributed, user friendly and efficient environment. Two major fields have to be addressed - the development of design tools and the realisation of an integrated system as their operation environment. We will briefly focus on the latter by discussing known technologies in the field of information technology and other design disciplines that can be used to realise such an environment. Regarding the first subject we have to state the need of a detailed tool specification. As a solution we suggest a strategy where the tool functions are specified on the basis of a transformation, where a hierarchical process model is mapped into specifications of different design tools realising appropriate support for all sub-processes of architectural design. Using this strategy the main steps to develop such a support system are: implementation of a framework as basis for the integrated design system decision whether the tool specification are already implemented in available tools in this case these tools can be integrated using known methods for tool coupling otherwise new design tools have to be developed according to the framework
Bei der Tragwerksplanung sowohl für Massivkonstruktionen als auch für Stahlkonstruktionen werden zukünftig nichtlineare Berechnungsverfahren in größerem Umfang Anwendung finden, als das in der Vergangenheit üblich bzw. möglich war. Wichtige Impulse gehen dabei von der europäischen Normung aus. Bei der Anwendung von Berechnungsverfahren, die die Nichtlinearität des Materialverhaltens berücksichtigen und bei der Ermittlung der Tragsicherheit planmäßig ausnutzen, ist es notwendig, die Entwicklung plastischer Deformationen zu verfolgen und bei der Beurteilung des Grenzzustandes der Tragfähigkeit als Kriterium mit heranzuziehen. Im vorliegenden Beitrag werden mathematische Modelle für folgende Berechnungsaufgaben vorgestellt: Ermittlung der Schnittgrößen und Formänderungen in ebenen Stabtragwerken nach Theorie II. Ordnung unter Berücksichtigung der physikalischen Nichtlinearität und Ermittlung von Grenzlasten, die durch Spannungs- und Verformungskriterien definiert sind. Dabei zeigt sich, daß mathematische Modelle auf der Grundlage von Extremalprinzipien und unter Einbeziehung der mathematischen Optimierung effektiv und hinreichend universell formuliert werden können. Wie Beispielrechnungen zeigen, ist die Beurteilung der Tragfähigkeit unter Berücksichtigung von Deformationsbegrenzungen von entscheidender Bedeutung, um Fehleinschätzungen der Tragsicherheit zu vermeiden.
Moderne Bemessungskonzepte für seismisch beanspruchte Hochbauten, wie die Methode der Kapazitäts-bemessung, planen inelastisches Verhalten einzelner Bereiche der Konstruktion beim Entwurf bewußt ein, um so einen Teil der durch das Beben eingetragenen Energie als inelastische Formänderungsarbeit zu absorbieren. Wird bei Akzeptanz inelastischen Verhaltens eine bestimmte Belastungsintensität, die als adaptive Grenzlast oder Einspiellast bezeichnet wird, überschritten, kann es infolge zyklischer Einwirkungen zu einer unbe-grenzten Akkumulation inelastischer Deformationen kommen. Die adaptive Grenzlast stellt damit für zyklische Einwirkungen eine geeignete Kenngröße zur Bewertung der Tragwerksqualität dar, bei der neben der Sicherung des Gleichgewichts ein bestimmtes Schädigungsniveau nicht überschritten wird. Im vorliegenden Beitrag werden die Grundzüge eines Bemessungs- und Nachweiskonzeptes für seismisch beanspruchte Stahlbetontragwerke, das unter Einbeziehung der Grundprinzipe der Kapazitätsbemessung von einem einheitlichen Kriterium zur Beschreibung des Grenzzustandes der Tragfähigkeit auf der Basis der adaptive Grenzlast ausgeht, vorgestellt. Dabei ist die Abschätzung der Verformungen notwendiger Bestandteil des Nachweis- bzw. Bemessungskonzeptes. Bei Druckgliedern ist die Berücksichtigung des Einflusses der Verformungen notwendiger Bestandteil des Bemessungskonzeptes. Entsprechende Erweiterungen der Berechnungsmodelle zur Berücksichtigung des Einflusses geometrisch nichtlinearer Effekte im Sinne einer Theorie II. Ordnung werden vorgestellt.
Bei der Berechnung von Stahlbeton- bzw. Spannbetonkonstruktionen müssen die Zusatzverformungen infolge Kriechen und Schwinden des Betons unter anderem dann berücksichtigt werden, wenn durch sie der Schnittgrößenzustand des Gesamttragwerks bzw. einzelner Tragwerksteile ungünstig verändert wird. Das trifft vor allem auf schlanke Druckglieder zu. Die Ermittlung der Kriechausmitte erfolgt im allgemeinen unter Zugrundelegung einer Kriechzahl, die vom Beanspruchungsniveau des Betons unabhängig ist. Diese Annahme ist unzulässig, wenn die Betonspannungen oberhalb des Gebrauchslastniveaus (>30..50% der Druckfestigkeit) liegen, da in diesem Bereich die Kriechdehnungen überproportional zu den kriecherzeugenden Spannungen anwachsen (nichtlineares Kriechen). Theoretische Untersuchungen zum Tragverhalten hochbeanspruchter Stahlbetonstützen unter Berücksichtigung des nichtlinearen Kriechens sind aufgrund der Komplexität des Problems und dem damit verbundenen Berechnungsaufwand gegenwärtig in nur geringem Umfang vorhanden. Im vorliegenden Beitrag wird ein Algorithmus vorgestellt, bei dem die Ermittlung der Schnittgrößen und Deformationen auf die sukzessive Lösung quadratischer Optimierungsaufgaben für im voraus festgelegte Betrachtungszeitpunkte zurückgeführt wird, wobei die Ergebnisse der vorangegangenen Zeitpunkte Eingangswerte für die Berechnung darstellen. Die Berücksichtigung der Nichtlinearität des Kriechens unter hoher Spannung sowie geometrisch nichtlinearer Effekte erfolgt iterativ innerhalb jedes Betrachtungszeitpunkts. Mit der Einführung von Spannungsbegrenzungen als zusätzliche Nebenbedingungen können in jeder Iteration Materialplastizierungen, Rißbildungen des Betons bzw. >tension stiffening<-Effekte ohne prinzipielle Veränderung des mathematischen Modells berücksichtigt werden. Durch Nachrechnung von Langzeitversuchen an Stahlbetonstützen erfolgt die Verifikation des Berechnungsmodells
Zur Berechnung der Böeneinwirkungen auf ein Brückenbauwerk wird ein stochastisches Modell vorgestellt. Die Windkraft aus der Böenbelastung wird dabei als systemunabhängige Luftkraft betrachtet welche in mathematischer Hinsicht dadurch gekennzeichnet ist, daß die aeroelastischen Bewegungsdifferentialgleichungen inhomogener Natur sind und der Bewegungsablauf den Charakter einer erzwungenen abklingenden Schwingung hat. Ausgehend von den nicht linearen partiellen Differentialgleichungen für Verschiebung und Torsion wird mittels der Galerkin Prozedur ein System von totalen Differentialgleichungen abgeleitet. Die äußeren Luftkräfte werden als gefilterter Poissonprozess von Dirac Impulsen dargestellt. Zur Berechnung der statistischen Momente des Differentialgleichungssystem wird die Itô'sche Differentialformel erweitert und in ein System von algebraischen nicht linearen Gleichungen transformiert. Diese dienen zur Berechnung des Momentenverlaufs für den stationären Anteil des stochastischen Prozesses. Der Abschluß des so erhaltenen nicht linearen Gleichungssystems erfolgt über die Methode der Kumulantenabschlußtechnik.
In der vorliegenden Arbeit werden dickwandige Schalentragwerke unter statischen Belastungen betrachtet. Die Schale besteht aus verschiedenen Zonen und in jeder Zone wird die Schalenmittelflaeche mittels eines eigenen Geometriegleichungssystems definiert. Das Verzerrungsfeld hat allen 6 unabhaengigen Komponenten unter der Annahme, dass die Querschnittsfasern, die normal zu der Mittelflaeche der unbelasteten Schale sind, geradelinig bleiben. Ein dreidimensionales isoparametrisches finites Element wird vorgeschlagen. Die Berechnung wird mit der Hilfe der Makroelemententechnik durchgefuehrt. In der Arbeit werden die wesentliche Parameter der Schalengeometrie, sowie auch entsprechendes Anteil von Klassen des konstruktiven Modells, definiert. Ein konstruktives Informationsmodell und ein FEM-Informationsmodell, werden entwickelt. Die Informationsverbindungen zwischen den beiden Modellen werden definiert. Diese objektorientierten Modelle werden in Programmiersprache Microsoft Visual C++ v.4.0 unter Windows 95 implementiert. Als numerisches Beispiel wird ein Bogenmauertragwerk betrachtet.
The dynamic behaviour of shells, which are widely used in construction and mechanical engineering as critical components of machinery and 3-D structures, under static and dynamic loadings is described by system of deep nonlinear differential equations. Solution of these equations can be received with assistance of technique basing on a modern numerical algorithms and computer modeling.. The system of nonlinear differential equations of vibration of the shells is proposed taking into account the inertia forces in the tangential and normal directions. Its solution is based on combination of parameter prolongation method, finite-difference method and the Newton-Kantorovich iterative algorithm that allows plotting the loading trajectories and determination of bifurcation points on them. Package of Applied Programs >SEVSOR< is a computation means to be used in research of deformation, stability and vibration in thin axically-symmetric shells of complicated shape Input data include information on shell geometry, physical and mechanical properties, bearing conditions, types of loadings and load application. Frame output of motion forms in real time or either in decelerated or accelerated time scales for creating cartoons or video films is used for analysis of the compound dynamic processes in shell-type structures.
Wirklichkeitsnahe Erfassung und Beschreibung des Trag- und Verformungsverhaltens von Strukturen baulicher Anlagen hat in den letzten Jahrzehnten ständig an Bedeutung gewonnen. Konstruktionen im Hoch- und Industriebau werden zunehmend multifunktional genutzt - die >Grenzen< zwischen Bauwerk und Tragwerk, zwischen Hüll- und Tragkonstruktion lösen sich auf. Werden raumabschließende Elemente (Wände, Decken, Dächer) gleichzeitig als Tragelemente und wärme- und schalldämmende Konstruktionen ausgeführt, so entstehen beispielsweise Sandwichplatten, deren Schichten sehr stark differierende Materialeigenschaften aufweisen. Beim Aufbau des FEM-Modells für vielschichtige Schalen können die Formänderungshypothesen für jede Schicht einzeln als auch für die Schale insgesamt gegeben werden. Im ersten Fall ist der Knotenfreiheitsgrad von der Schichtenzahl abhängig, im zweiten Fall nicht. Im weiteren wird eine Formänderungshypothese für das Schichtenpaket angenommen. Ausgegangen wird von den Gleichungen der 3D-Elastizitätstheorie. Die Berücksichtigung der Querkraftschubverformungen ergibt die Möglichkeit einer adäquaten Beschreibung der Verformungen sowohl dünner Schalen als auch von Schalen mittlerer Dicke; die Berechnung der Krümmungen und der LAMEschen Parameter der Bezugsfläche zu umgehen, was für komplizierte Schalenformen eine selbständige Aufgabe ist; eines natürlichen Übergangs von homogenen zu geschichteten Schalen. Das vielschichtige isoparametrische Schalen-FE wird vorgestellt, seine Implementierung in das in Entwicklung befindliche Programmsystem SLANG wird vorbereitet.
For the analysis of arbitrary, by Finite Elements discretized shell structures, an efficient numerical simulation strategy with quadratic convergence including geometrically and physically nonlinear effects will be presented. In the beginning, a Finite-Rotation shell theory allowing constant shear deformations across the shell thickness is given in an isoparametric formulation. The assumed-strain concept enables the derivation of a locking-free finite element. The Layered Approach will be applied to ensure a sufficiently precise prediction of the propagation of plastic zones even throughout the shell thickness. The Riks-Wempner-Wessels global iteration scheme will be enhanced by a Line-Search procedure to ensure the tracing of nonlinear deformation paths with rather great load steps even in the post-peak range. The elastic-plastic material model includes isotropic hardening. A new Operator-Split return algorithm ensures considerably exact solution of the initial-value problem even for greater load steps. The combination with consistently linearized constitutive equations ensures quadratic convergence in a close neighbourhood to the exact solution. Finally, several examples will demonstrate accuracy and numerical efficiency of the developed algorithm.
The paper describes a development of the analytical finite strip method (FSM) in displacements for linear elastic static analysis of simply supported at their transverse ends complex orthotropic prismatic shell structures with arbitrary open or closed deformable contour of the cross-section under general external loads. A number of bridge top structures, some roof structures and others are related to the studied class. By longitudinal sections the prismatic thin-walled structure is discretized to a limited number of plane straight strips which are connected continuously at their longitudinal ends to linear joints. As basic unknowns are assumed the three displacements of points from the joint lines and the rotation to these lines. In longitudinal direction of the strips the unknown quantities and external loads are presented by single Fourier series. In transverse direction of each strips the unknown values are expressed by hyperbolic functions presenting an exact solution of the corresponding differential equations of the plane straight strip. The basic equations and relations for the membrane state, for the bending state and for the total state of the finite strip are obtained. The rigidity matrix of the strip in the local and global co-ordinate systems is derived. The basic relations of the structure are given and the general stages of the analytical FSM are traced. For long structures FSM is more efficient than the classic finite element method (FEM), since the problem dimension is reduced by one and the number of unknowns decreases. In comparison with the semi-analytical FSM, the analytical FSM leads to a practically precise solution, especially for wider strips, and provides compatibility of the displacements and internal forces along the longitudinal linear joints.
In the superelliptic shell joined to a circular cylinder bending stresses are absent when it is subjected to uniform pressure.Some geometrical characteristics have been found. Expressions for determining stresses in the shell crest(in the singular point of plane type) are suggested. The problem of a theoretical critical buckling load of an elongated shell supported by frames is studied. A critical buckling load for two shells with different specifications was found experimentally.
Es wird gezeigt, daß zur Aufstellung eines korrekten Momentengleichgewichts nach Theorie zweiter Ordnung für Querkräfte die Hebelarme des unverformten Systems und für Normalkräfte Hebelarme des verformten Systems zu benutzen sind. Im Allgemeinen ist es aber nicht möglich, die Knotenverformungen eines Rahmens in relevante und nicht relevante Anteile zu zerlegen, so daß ein Momentengleichgewicht bei Berechnungen nach Theorie zweiter Ordnung im Allgemeinen nicht sinnvoll ist.
Aufgrund der steigenden quantitativen und qualitativen Anforderungen an den Bauplanungsprozeß wird in den letzten Jahren nach neuen Lösungsansätzen gesucht, mit deren Hilfe der Bauplanungsprozeß den gestiegenen Anforderungen angepaßt werden kann. Ein Lösungsansatz hierzu stellt die durchgängig computergestützte, dreidimensionale und zeitabhängige Modellierung und Verwaltung des Bauplanungsprozesses beginnend bei der Vorplanung bis hin zum Recycling des Bauobjektes am Ende seiner Lebensdauer dar. Der vorliegende Beitrag zeigt auf, daß gerade der zeitliche Verlauf innerhalb einer geotechnischen Aufgabenstellung einen nicht unerheblichen Einfluß auf die verwendeten Modelle bzw. die Durchführung von Sicherheitsnachweisen ausübt. Für die Entwicklung geotechnischer Softwaresysteme ergibt sich daraus schon innerhalb der Analysephase die Anforderung, die zeitkritischen Abhängigkeiten zu modellieren und entsprechend im Entwurf zu berücksichtigen. Hierfür hat sich die objektorientierte Methode in Form des Objektmodells und des dynamischen Modells nach Rumbaugh als ein geeignetes Werkzeug herausgestellt. Die dabei gewonnenen Erkenntnisse und Ergebnisse können bereits sehr früh in die Konzeption des Gesamtsystems mit einbezogen werden. Am Beispiel des Geotechnischen Informationssystems (GTIS) führte dies zu einer raum- und zeitabhängigen Verwaltung des Boden- und Konstruktionsmodells und zu einer Bauablaufsteuerung, innerhalb derer die einzelnen Bauzustände verwaltet und mit den entsprechenden Ausprägungen innerhalb des dreidimensionalen Boden- und Konstruktionsmodells verknüpft werden können.
Die Aufgaben des Bauingenieurwesens sind dadurch geprägt, daß sowohl die Planung als auch die Ausführung von Bauwerken häufigen Änderungen unterliegen. Beschreibt man das Verhalten der Bauwerke und den Bauprozeß im Computer mit Modellen, so ändern sich Umfang und Struktur der Modelle als Folge der Änderung in Planung und Ausführung. Diesen Vorgang nennt man Dynamisierung des Modells. Die Dynamisierung führt zu Veränderungen und Inkonsistenzen in den Modellen der Anwendungen. Die Aktualisierung und Abstimmung von Beziehungen innerhalb eines Modells sowie die Sicherung der Konsistenz der Modelle untereinander sind daher von zentraler Bedeutung für die Lösung von Bauingenieuraufgaben. Seit den letzten 10 Jahren wird die objektorientierte Methode in der Modellierung für Anwendungen im Bauingenieurwesen intensiv entwickelt und eingesetzt. Es hat sich gezeigt, daß die Anwendung dieser Methode in wichtigen Bereichen der Modellierung zu Verbesserungen führt. Gleichzeitig hat sich aber auch herausgestellt, daß die für das Bauingenieurwesen wichtigen Aspekte der Aktualisierung und der Konsistenz nicht zweckmäßig beschreibbar sind. In diesem Beitrag wird eine einfache Modelliermethode in ihrem Konzept und ihrer Realisierung gezeigt, mit der sich die Aktualisierung von Objekten und Modellen sowie die Sicherstellung der Konsistenz in Systemen des Bauingenieurwesens bearbeiten lassen.
Die technische Entwicklung, insbesondere auf dem Gebiet der Digitaltechnik eröffnet heute neue und sehr weitreichende Möglichkeiten für die Automatisierung in Zweck- und Wohnbauten. Die zur Verfügung stehenden technischen Komponenten (intelligente Sensoren und Aktoren sowie ein hausinternes Netz für die Datenübertragung -Feldbus-) unterscheiden sich für diese Einsatzfälle kaum. Die Zielstellungen sind jedoch gänzlich andere. Intelligenz im Wohnbau bedeutet vor allem intelligente Alltagsbewältigung (z.B. Zeiteinsparung), Komfort und Wohlbefinden. Daß im Heimbereich nichtfunktionale Faktoren (Human Interface, Ästhetik, Preis, Attraktivität) eine große Rolle spielen, ist in das Problembewußtsein der Gerätehersteller und Käufer getreten. Im Bereich der Heimautomatisierung werden zunehmend moderne, die Möglichkeiten der konventioellen Steuerungs- und Regelungstechnik ergänzende Technologien wie Fuzzy- Steuerungen zur Optimierung der internen Arbeitsweise von Geräten eingesetzt. Die informatorische Vernetzung im Wohnbau unterstützt darüberhinaus wichtige Anliegen des Gebäudemanagements (energetische, ergonomische und ökologische Betrachtungen der Gebäudenutzung unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten).
Bewertung der Grenzlast von elastisch-plastischen Tragwerken mit Hilfe stochastischer Methoden
(1997)
Für die Analyse von Tragwerken sowohl des Stahlbaus als auch des Massivbaus eröffnet die nationale und internationale Normengebung in zunehmendem Maße die Anwendung physikalisch nichtlinearer Berechnungsmodelle. Es ist zu erwarten, daß neben dem traditionellen elastischen Berechnungsmodell das linearelastisch-idealplastische Materialmodell in die Tragwerksanalyse Eingang finden wird. Während bei den traditionellen Berechnungsverfahren auf der Grundlage der Elastizitätstheorie hinreichende Erfahrungen durch die Planungspraxis bestehen und umfangreiche Untersuchungen zur dabei erreichten Sicherheit vorliegen, stellen die nichtlinearen Berechnungsmethoden sowohl in mechanischer als auch in sicherheitstheoretischer Hinsicht ein neues Erfahrungsfeld dar. Im vorliegenden Beitrag werden aus der Vielzahl der anstehenden Probleme folgende Teilprobleme behandelt: Bestimmung der Versagenswahrscheinlichkeit elasto-plastischer Tragsysteme nach dem Kriterium der plastischen Grenzlast Ermittlung stochastischer Eigenschaften des plastischen Grenzlastparameters elasto-plastischer Tragsysteme. Die Lösung des mechanischen Problems geschieht über eine lineare Optimierungsaufgabe, die nach dem statischen Theorem der plastischen Grenzlast formuliert ist. Als stochastische Methode wird die Simulation angewandt, die zum einen auf einer zufälligen Erzeugung der Realisierungen (stochastische Simulation) und zum anderen auf einer planmäßigen Erzeugung der Realisierungen (konstruktive Simulation) beruhen kann. Für jedes der Teilprobleme wird ein Beispiel vorgestellt.
To fulfil safety requirements the changes in the static and/or dynamic behaviour of the structure must be analysed with great care. These changes are often caused by local reduction of the stiffness of the structure caused by the irregularities in the structure, as for example cracks. In simple structures such analysis can be performed directly, by solving equations of motion, but for more complex structures a different approach, usually numerical, must be applied. The problem of crack implementation into the structure behaviour has been studied by many authors who have usually modelled the crack as a massless rotational spring of suitable stiffness placed at the beam at the location where the crack occurs. Recently, the numerical procedure for the computation of the stiffness matrix for a beam element with a single transverse crack has been replaced with the element stiffness matrix written in fully symbolic form. A detailed comparison of the results obtained by using 200 2D finite elements with those obtained with a single cracked beam element has confirmed the usefulness of such element.
In dem vorliegenden Beitrag sind die Einsatzmöglichkeiten nichtlinearer Berechnungsverfahren aufgezeigt. Hierbei zeichnen sich mehrdimensionale Modelle auf Grundlage der Methode der Finiten Elemente durch die erzielbare Realitätsnähe aus. Für den Nachweis ausreichender Sicherheit in den Grenzzuständen der Trag- und Gebrauchstauglichkeit ist die Verbindung mit zuverlässigkeitstheoretischen Algorithmen dargestellt Hierbei wird die Grenzzustandsgleichung durch Ansatz eines als offene Schnittstelle konzipierten Algorithmus approximiert. Bei der Verknüpfung von nichtlinearen mechanischen Modellen und Zuverlässigkeitsanalysen wird das rechnerische Sicherheitsniveau wesentlich durch die statistischen Parameter der betrachteten Basisvariablen geprägt. Der Beitrag enthält Angaben für Verteilungsarten und -parameter für Nachweise im Stahlbetonbau
Detailuntersuchungen an Tragwerken führen bei FE-Berechnungen immer wieder auf das Problem einer geeigneten Netzgestaltung. Während in weiten Bereichen ein grobes Netz ausreicht, muß an kritischen Stellen ein sehr feines Netz gewählt werden, um gerade dort hinreichend genaue Ergebnisse zu erhalten. Bei der Realisierung lokaler Netzverdichtungen stellt die Gestaltung des Übergangs vom groben zum feinen Netz das Hauptproblem dar. Im Beitrag wird hierzu eine Familie von FE-Übergangselementen vorgestellt, mit denen sich eine voll-kompatible Kopplung von wenigen großen Elementen mit vielen kleinen Elementen bereits über nur eine Stufe erzielen läßt. Diese neu entwickelten sogenannten pNh-Elemente ermöglichen an einer oder mehreren Seiten den Anschluß von N kleineren Elementen (Elementseiten für h-Verfeinerung). Das wird durch N stückweise definierte Ansatzfunktionen an den entsprechenden Seiten erreicht, wobei die Teilung nicht äquidistant sein braucht. Darüber hinaus ist es möglich, Elemente unterschiedlichen Polynomgrades p an den Standardseiten und den Verfeinerungsseiten anzuschließen. Der praktische Einsatz der Übergangselemente setzt geeignete automatische oder halbautomatische Netzgeneratoren voraus, die diese Elemente einbeziehen. Im Rahmen einer substrukturorientierten Modellierung läßt sich dies besonders günstig realisieren. Im Beitrag wird gezeigt, wie durch Zerlegung des Gesamtmodells in Bereiche mit grobem Netz, mit Übergangsnetz und mit feinem Netz, eine effektive Generierung der Netzverdichtungen zu erreichen ist. An einem praktischen Beispiel aus dem Bauingenieurwesen werden die Vorteile des vorgestellten Übergangselementkonzeptes umfassend demonstriert.
The paper deals with the simulation of the non-linear and time dependent behaviour of complex structures in engineering. Such simulations have to provide high accuracy in the prediction of deformations and stability, by taking into account the long term influences of the non-linear behaviour of the material as well as the large deformation and contact conditions. The limiting factors of the computer simulation are the computer run time and the memory requirement during solving large scale problems. To overcome these problems we use a dynamic-explicit time integration procedure for the solution of the semi-discrete equations of motion, which is very suited for parallel processing. In the paper at first we give a brief review of the theoretical background of the mechanical modelling and the dynamic-explicit technique for the solution of the semi-discrete equations of motion. Then the concept of parallel processing will be discussed . A test example concludes the paper.
>CyberCity< ist ein Konzept, das durch ein virtuelles Abbild der räumlichen Realität einer Stadt (Berlin) eine uns bekannte Wahrnehmungsumgebung als Orientierungs- und Navigationserleichterung bereitstellt, um über diesen virtuellen Browser möglichst schnell und anschaulich an eine gewünschte Information zu kommen. Dieses Umgebungsmodell ist auch als Simulationsmodell für die Visualisierung stadträumlicher Beurteilungen neuer Projekte, verkehrstechnischer Massnahmen und ökologischer Belastungen geeignet. Insbesondere ist es als Orientierungsumgebung für die Telepräsenz über die Kommunikationsnetze gedacht, die über die virtuellen Repräsentanten (Avatare) eine besondere gesellschaftliche Brisanz erhält.
Die Informatik im Bauwesen oder kurz Bauinformatik hat sich in den vergangenen Jahren in Deutschland kontinuierlich entwickelt und sie hat einen festen Platz in den Fakultäten im Bauingenieurwesen an den deutschen Universitäten erhalten. Diese Entwicklung war anfänglich sehr stark fixiert auf die Berechnungen des physikalischen Verhaltens von Bauwerken. In den letzten Jahren kamen weitere Gebiete hinzu. Hier ist vor allem die Zeichnungserstellung (CAD) hervorzuheben. Diese Entwicklungen haben einen großen Reifegrad erlangt und sie haben einen festen Platz in Lehre und Forschung in der Bauinformatik. Die Rolle der Bauinformatik allgemein hat in den letzten Jahren eine stürmische Entwicklung genommen. Die Breite der Anwendungen hat ständig zugenommen und die Forderung nach einer durchgängigen Nutzbarkeit aller Informationen, die in diesem Zusammenhang bearbeitet werden, wird immer stärker gestellt. Besonders zwei Problemstellungen stehen im Mittelpunkt vieler Entwicklungen in der Bauindustrie und in den entsprechenden Softwarehäusern. Dies sind die Entwicklung und Nutzung technischer Modelle zur Unterstützung des Bauprozesses und die Unterstützung betriebswirtschaftlicher Anforderungen in der Bauindustrie. Vor allem die zweite Anforderung war bisher kaum Gegenstand der Bauinformatik. Aktuelle Bestrebungen vor allem aus der Praxis wirken darauf hin, diesen Zustand zu ändern. Die Fakultät Bauingenieurwesen an der Bauhaus-Universität beginnt diesen Anforderungen dadurch Rechnung zu tragen, daß kontinuierlich die notwendigen Voraussetzungen geschaffen werden, um diese Thematik in Lehre und Forschung kompetent aufnehmen zu können. Externe Referenten, die an der Spitze entsprechender Entwicklungen sind, werden in die Lehre mit eingebunden. Dies soll eine kontinuierliche Weiterentwicklung einleiten, die helfen soll, eine zeitgemäße Ausbildung der zukünftigen Bauingenieure sicherzustellen.
Anwendungen der Methoden des Operations Research in der Praxis des Projektmanagements sind so gut wie kaum zu finden. Diese Anwendungslücke ist umso erstaunlicher, als es eine große Zahl von theoretischen Veröffentlichungen zum Themenkreis >Operations Research und Projektmanagement< gibt . Der Beitrag arbeitet die verschiedenen Ursachen für die bislang geringe praktische Relevanz der Disziplin >Operations Research< heraus und macht Vorschläge, wie in Zukunft anwendungsfreundlichere Modelle entwickelt werden können.
Review of Discrete Optimization Techniques for CAD Discrete optimization in the structure design Morphological method The alternative graph approach Convex discrete optimization without objective function Matroidal Decomposition in design Decomposition of layered matrices Discrete Optimization in Designing Packing problem Optimal arrangement of rectangles and shortest paths in L1-metrics Partition problems Discrete optimization in computational geometry and computer graphics Maxima of a point set on the plane Triangulation One of the main problems in computer graphics is removing hidden lines and surfaces
Anhand von Ergebnissen aus dem FABEL-Projekt wird gezeigt, welche Beiträge Methoden der Künstlichen Intelligenz, insbesondere der Wissensverarbeitung beim Entwurf komplexer Gebäude leisten können. Exemplarisch werden spezialisierte wissensintensive Methoden, und allgemeine fallbasierte Methoden zum Retrieval und zur Wiederverwendung früherer Entwürfe vorgestellt. Es werden Fragen der Integration von Wissen, Fällen und Daten diskutiert. Der Prototyp des FABEL-Projekts verwendet die Metapher der virtuellen Baustelle, um die verschiedenen Methoden als Planungswerkzeuge in einem CAD-System integriert anzubieten. Ein Planungsmodell dient der zusätzlichen Orientierung des Planers. Die Ergebnisse sind interessant für den Entwurf komplexer Unikate, dürften aber auch als Zusatz zu elektronisch angebotenen Katalogen relevant sein.
We describe the database requirements of SEED (Software Environment to Support the Early Phases in Building Design). The requirements are typical for a database that intends to support a heterogeneous design support environment consisting of independent software modules with diverse internal design models, requirements not met by any commercial database system. The design and implementation of this database is an integral part of the overall software engineering effort. We describe the SEED approach that integrates external and in-house software based on a shared information model specified in the modeling language SPROUT, which allows for the specification of domains, and classes, relationship types and their behavior, and multiple classifications. The SPROUT run-time system organizes and coordinates the communication between the software modules and the database
This paper concerns schedule synchronization problems in public transit networks. In particular, it consists of three main parts. In the first the subject area is introduced, the terms are defined and framework for optimal synchronization in the form of problem representation and formulation is proposed. The second part is devoted to transfer synchronization problem when passengers changing transit lines at transfer points. The intergrated Tabu Search and Genetic solution method is developed with respect to this specific problem. The third part deals with headways harmonization problem i.e. synchronization of different transit lines schedules on a common segments of routes. For the solution of this problem a new bilevel optimization method is proposed with zones harmonization at the bottom level and co-ordination of zones, by time buffers assigned to timing points, at the upper level. Finally, the synchronization problems are numerically illustrated by real-life examples of the public transport lines in Cracow.
Discrete-continual Finite Element Method of Analysis for Three-dimensional Curvilinear Structures
(2003)
This paper is devoted to discrete-continual finite element method (DCFEM) of analysis for three-dimensional curvilinear structures. Operational and variational formulations of the problem in the ring coordinate system are presented. The discrete-continual design model for structures with constant physical and geometrical parameters in longitudinal direction is offered on the basis of so-called curvilinear discrete-continual finite elements. Element coordinate system, approximation of nodal unknowns, construction of element nodal load vector are under consideration. Element system of differential equations is formulated with use of special generalized block-structured stiffness matrix of discrete-continual finite element. Local differential relations are formulated. Resultant multipoint boundary problem for system of ordinary differential equations is given. Method of analytical solution of multipoint boundary problems in structural analysis is offered as well. Its major peculiarities include universality, computer-oriented algorithm involving theory of distributions, computational stability, optimal conditionality of resultant systems, partial Jordan decomposition of matrix of coefficients, eliminating necessity of calculation of root vectors. Brief information concerning developed software is provided.
Modelle und Verfahren zur Planung von langfristigen Bauprojekten unter Kapitalwertgesichtspunkten
(2003)
Langfristige Bauprojekte stellen sowohl aus technischer Sicht als auch unter Planungsgesichtspunkten überaus komplexe Herausforderungen dar. Den laufenden Auszahlungen für Löhne, Materialien und fremdbezogene Dienstleistungen stehen dabei erst nach einiger Zeit Fortschrittszahlungen für abgeschlossene Teilprojekte gegenüber. Die Durchführung eines solchen Projekts kann mithin als Investition angesehen werden. Im Gegensatz zu herkömmlichen Investitionen liegen bei Investitionsprojekten die Zeitpunkte der Ein- und Auszahlungen nicht fest, sondern sind Gegenstand der Planung. Zur Lösung des Annahme- bzw. Auswahlproblems bei Investitionsprojekten unter Sicherheit erfreut sich die Kapitalwertmethode breiter Zustimmung. Nach einer Betrachtung bekannter Ansätze zur Maximierung des Kapitalwerts von Investitionsprojekten unter Annahme eines vollkommenen Kapitalmarktes wird aufgezeigt, wie das vorgestellte Modell zur Kapitalwertmaximierung für den Fall beschränkt verfügbarer Ressourcen bzw. eines beschränkten Kreditrahmens angepasst werden kann. Die Bewertung von Investitionsprojekten auf Grundlage des optimalen Projektkapitalwerts setzt die Kenntnis des anzuwendenden Kalkulationszinsfußes und der maximalen Projektdauer voraus. Da diese Größen a priori nicht bekannt sind, entwickeln wir ein Verfahren zur Bestimmung des Kapitalwerts von Investitionsprojekten als Funktion des Kalkulationszinsfußes und der maximalen Projektdauer. Abschließend zeigen wir, wie die erzielten Resultate zur Entscheidungsunterstützung eines Bauunternehmers genutzt werden können.
Einsatz internetbasierter Projektplattformen im Bereich der Bauausführung - "Digitales Bautagebuch"
(2003)
Der Einsatz internetbasierter Projektplattformen in der Bauausführung wurde bisher kaum thematisiert. Die typischen Vorteile des Einsatzes solcher Werkzeuge, wie etwa die Unterstützung kooperativer, geographisch und zeitlich verteilter Prozesse, scheinen für diesen Einsatzbereich nicht so offensichtlich zu sein wie für den Bereich der Gebäudeplanung. Vor dem Hintergrund der anhaltend problematischen Situation der Bauwirtschaft und der Tatsache, dass im Bereich der Bauausführung oftmals die wesentlichen Ursachen für einen unplanmäßigen Ablauf von Bauprojekten oder ein Verfehlen von Kosten-, Termin- oder Qualitätszielen zu finden sind, kommt diesen Anwendungen eine große Bedeutung zu. Im Rahmen eines größeren Forschungsprojektes des BMWi (TK3 GIT Siegen / Projektträger PTJ-BEO) wurde unter dem Arbeitstitel >Digitales Bautagebuch< ein ausführungsorientiertes Modul für eine schon in den Planungsphasen des Projektes eingesetzte Projektplattform entwickelt. Dabei wurde projektbegleitend eine Umgebung implementiert, welche sowohl die Bauleitung bei ihrer täglichen Arbeit unterstützt als auch Entscheidungsträgern und anderen Projektbeteiligten einen schnellen Überblick über den Stand der Arbeiten ermöglicht. Dieser Beitrag setzt sich mit dem Einsatz internetbasierter Projektplattformen im Bereich der Bauausführung auseinander und beschreibt deren Möglichkeiten unter Einbringung der Erfahrungen aus der Anwendung im Bauprojekt TK3 GIT Siegen.
Die Technische Gediminas Universität Vilnius, Lehrstuhl Technologie der Bauproduktion und die Hochschule für Technik, Wirtschaft und Kultur Leipzig, Lehrbereich Baubetrieb, haben sich seit mehreren Jahren mit den Problemen der mehrkriteriellen Entscheidung im Bauwesen befasst. Auf Grund der unterschiedlichen Herangehensweise werden für numerische Lösungen auch unterschiedliche Methoden benutzt. Das gemeinsame Ziel war immer eine optimale Variantenauswahl für baubetriebliche Produktionsprozesse. Zur Unterstützung der numerischen Lösungen wurde gemeinsam das EDV-Programm LEVI entwickelt, welches heute wahlweise als deutschsprachige oder englischsprachige Version genutzt werden kann. Die Beschreibung der zu lösenden Probleme erfolgt in Form einer Matrix. Diese enthält die Varianten (Zeilen) und die Kriterien (Spalten). Dabei sind die Varianten Ausdruck einer Menge real existierender Situationen für ein Problem. Alle betrachteten Varianten werden durch die gleichen Kriterien bewertet. Da die Kriterien gewöhnlich unterschiedliche Dimensionen besitzen, ist ihre Wirksamkeit nicht direkt miteinander vergleichbar. Eine Ausnahme bildet die Bewertung mit einem Punktsystem. Diese beinhaltet jedoch in hohem Maße subjektive Einflüsse und sollte daher nur in Ausnahmefällen benutzt werden. Um die Schwierigkeiten der unterschiedlichen Dimensionen für die verschiedenen Kriterien zu umgehen, wird das Verhältnis zum jeweiligen Optimalwert gebildet. Damit werden gleichzeitig die Diskrepanzen, die durch die unterschiedlichen Größenordnungen der Optimalwerte entstehen, beseitigt. Für das Verhältnis des Funktionswertes zum Optimalwert existieren unterschiedliche Auffassungen. Es muss an dieser Stelle bemerkt werden, dass mit der Entscheidung über die Art des Verhältnisses zum Optimalwert auch die Lösung beeinflusst werden kann. Untersuchungen über solche Auswirkungen sind noch nicht abgeschlossen, so dass im Augenblick nur vorläufige Ergebnisse genannt werden können. Von den bekannten Transformationsmethoden benutzen die Verfasser die vektorwertige Transformation, die lineare Transformation, die relative Abweichung und eine nichtlineare Transformation. Dadurch erfolgt eine Abbildung auf das Intervall [1 ; 0 ] bzw. [ 1 ; ~ 0 ]. Für die Lösungsmethoden erfolgt eine Unterscheidung in eine einseitige oder zweiseitige Fragestellungen. Während die einseitige Fragestellung auf die Bestimmung einer Rangfolge orientiert, berechnet die zweiseitige Fragestellung ein spieltheoretisches Gleichgewicht als Ausdruck eines rationalen Verhaltens von zwei entgegengesetzten Interessengruppen und Lösungen für Spiele gegen die Natur. In Anlehnung an das statische Gleichgewicht messen die Verfasser dem spieltheoretischen Gleichgewicht für die Dimensionierung baubetrieblicher Produktionsprozesse eine besondere Bedeutung zu. Bisherige Anwendungen konzentrieren sich auf die optimale Auswahl im Wohnungsbau, die Auswahl von Konstruktionsvarianten, die Auswahl von Montagevarianten, den Einsatz von Wärmedämmstoffen u.a. Für die Dimensionierung von Produktionsprozessen mit Serienproduktion wurde eine Lösung mit einer gewichteten Matrix vorgeschlagen.
Am Fraunhofer ISE wurde in den letzten Jahren die Simulationsumgebung ColSim entwickelt, die sich speziell zur Untersuchung von Regelungssystemen in Gebäudeenergieversorgungssystemen eignet. Zielsetzung des Designs ist die Umsetzung des simulationsbasierten Regelungsentwurfs, der einen unmittelbaren Einsatz der Regelungsmodule auf sog. Enbedded Systems gestattet. Das Simulationswerkzeug zeichnet sich durch die modulare offene Struktur aus, die eine flexible Erweiterung ermöglicht (vgl. TRNSYS [1]). Die Implementierung erfolgte im genormten ANSI-C Code, der einen plattform- unabhänigen Einsatz gewährleistet. Entwicklungsplattform stellt derzeit ein Linux Cluster dar, als Zielplattform wurden bisher sowohl eingebettete Industrie-PCs wie auch klassische Micro- controller Boards verwendet. Die Entwurfsmethode wird anhand einer Systemregelung für eine solarthermische Anlage mit 120m2 Kollektorfläche (SolarThermie2000 Anlage) demonstriert, bei der ein vernetztes Regelungssystem mit Internet-Integration zum Einsatz kommt. Das Regelungssystem verfügt seinerseits über ein Betriebssystem (schlankes embedded linux system), das die Kommunikation nach aussen gestattet. Das Regelungssystem vefügt somit über Klima- bzw Strahlungsdaten, die für den Regelungsprozess von Bedeutung sind. Die externen Informationen können einerseits zur >Einsparung< von Sensorik genutzt werden, andererseits gestatten sie den Einsatz von prädiktiver Regelungsmethodik, um den fossilen (Nachheiz-) Energieeinsatz zu minimieren. Mit Hilfe von simulationstechnischen Systemstudien kann ein adaptives Verhalten des Regelungssystems erprobt werden, das eine selbstständige Strecken- identifikation realieren kann. Beispielsweise soll beim näher beschriebenen solarthermischen System die Totzeit bestimmt werden, die sich infolge der Verrohrung zwischen Speicher und Entladegruppe ergibt. Der Betrieb der Entlade- pumpe wird einerseits in Abhängigkeit der Verfügbarkeit des Pufferwassers erfolgen, andererseits in Abhängigkeit des erwarteten Zapfvolumens durch den Verbraucher. Die vernetzten Regelungssysteme, die auf Basis der Simulationsmodelle ent- wickelt werden, sollen künftig die gesamte Energieflußanalyse des Gebäudes realisieren, wobei eine transparente Darstellung des Systemverhaltens auf Basis einer Internet Visualisierung erfolgt. Der Betreiber und Nutzer wird unmittel- bar durch die Online Dienste (SMS,Email,Fax) über das (fehlerhafte) Anlagen- verhalten informiert. Gerade die sensitiven regenerativen Systeme neigen durch ihre Komplexität zu Störungen, die oftmals nicht erkannt werden, weil die konventionellen Teilsysteme (z.B. Ergasbrenner) den Ausfall in der Regel >kompensieren<.
Einsatz eines Dokumenten - Management - Sytems (DMS) für Eingangsrechnungen in Bauunternehmen
(2003)
Die Aug. Prien Bauunternehmung hat im Jahre 2001/2002 ein DMS eingeführt. Die Gründe dafür waren, dass die Aufbewahrungsfristen von sechs auf zehn Jahre erhöht wurden, man die Abläufe in der Verwaltung straffen und die Postwege von und zu großen Baustellen sparen wollte. Die Einführung des Systems dauerte sechs Monate. Die Zusammenarbeit mit den externen Beratern wurde a-typisch gestaltet: kein Pflichtenheft (sondern Projektbeschreibung) und keinen festen Preis (sondern Budgetrahmen). Die aufkommenden Fragen und Probleme konnten in ständigen Feed-Back-Schleifen zwischen den Anwendern, dem Projektleiter und den externen Programmierer gelöst werden. Interne Widerstände konnten durch Durchsetzungswillen als auch Eingehen auf die Einwände überwunden werden. Bei der Programmierung des Systems wurde darauf geachtet, dass die Handhabung für die Anwender so einfach wie möglich gestaltet wurde. Mit der Einführung des Systems zeichnen fast alle Anwender (>90%) ihre Rechnungen am Bildschirm ab - ob in der Zentrale oder draußen auf der Baustelle. Die Bauleiter auf den Baustellen können sich über eine ISDN-Leitung auf einen Terminal-Server in der Zentrale einwählen und dann so wie im Büro arbeiten. Bereits archivierte Rechnungen können sich die Anwender jederzeit über das firmeninterne Baustellen-Informations-System (B-I-S) wieder aufrufen. Die Rechnungskontrolle braucht nicht mehr die Belege in Bauleiter-Mappen sortieren, weiß jederzeit wo eine Rechnung zur Bearbeitung liegt und bekommt nur noch die geänderten Rechnungen zur Bearbeitung (alle anderen gehen direkt in den automatischen Zahlungslauf). Durch die Einführung des Systems konnte eine Person in der Rechnungskontrolle eingespart werden. Der Return on Invest (ROI) liegt bei 1,4 Jahren, was ein guter Wert ist. Zwischenzeitlich werden weitere Belege gescannt.
Bauprojekte sind in immer stärkerem Maße durch räumlich verteilt und zeitlich variant tätige hochspezialisierte Fachplaner auf Basis stark differenzierter Hard- und Softwaresysteme gekennzeichnet. Daraus ergibt sich die Notwendigkeit einer durchgängig computergestützten prozeßübergreifenden Informationsbereitstellung. Eine deklarativ orientierte integrierte Arbeits- und Planungsumgebung auf Basis eines digitalen Bauwerksmodells bietet das Potential zur Realisierung des erforderlichen Informationsaustausches. Der im Sonderforschungsbereich 524 entwickelte verknüpfungsbasierte Bauwerksmodellierungsansatz stellt einen derartigen Ansatz dar und bietet adäquate Möglichkeiten zur Modellintegration und zur modellübergreifenden Navigation im Gesamtdatenbestand auf Basis dynamisch manipulierbarer Verknüpfungen zwischen Modellelementen. Die Erstellung von Verknüpfungen stellt einen komplizierten Prozeß dar. Um ein effizientes dynamisches Definieren von Verknüpfungstypen zu gewährleisten sind unterstützende Tools im Sinne eines intelligenten Verknüpfungsmanagements notwenig. Die Hauptaufgabe dieser Hilfsmittel besteht darin, die Partialmodelle zielgerichtet zu analysieren und entsprechende Vorschläge für die Elemente eines Verknüpfungstyps zu generieren und diese auch entsprechend zu verarbeiten. Hierzu wird ein regelbasierter Ansatz mit Visualisierungsmethoden zur Erhöhung der Transparenz des Verknüpfungsmanagements kombiniert. Die Wissensbasis stellt dabei das objektorientiert strukturiert vorgehaltene Domänenwissen in den jeweiligen Partialmodellen dar. Der deklarativen Wissensabbildung folgend steht zur Erkennung von Zusammenhängen zwischen Elementen verschiedener Partialmodelle ein explizit definierter und extern vorgehaltener Regelapparat zur Verfügung. Am Beispiel einer 3D-Visualiserung der Elemente eines Partialmodells Architektur werden die entwickelten Konzepte evaluiert.
In der jüngeren Vergangenheit haben die Entwicklungen von neuen Programmen und der Rechentechnik zu radikalen Veränderungen in den Methoden der Berechnung von ingenieurtechnischen Bauten geführt. An erster Stelle sind hier die Matrizenmethoden für notwendige Berechnungen der Aufgaben anzuführen, welche eine kompakte und allgemeine Form der Aufschreibung von Gleichungen gestatten und geeignet für die Bearbeitung an Computern sind. Die elektronischen Maschinen wurden damit befähigt nicht nur Systeme linear-algebraischer Gleichungen mit hundert oder tausend von Unbekannten zu lösen, sonder auch die Bearbeitung von Differentialgleichungen, sowie die Formierung dieser Gleichungen zu übernehmen. Damit übernehmen die Computer den Grossteil des Prozesses der Berechnung und der Projektierung einer Konstruktion. Zweifellose Aktualität haben die Fragen über die Benutzung dieser Eigenschaften für die Aufgaben der Bauinformatik und Baumechanik. Diesen ist der vorliegende Artikel gewidmet. In der Praxis der Projektierung kommen oft komplexe Stabsysteme und zylindrische-gefaltete Flächensysteme vor. Dabei ist zu berücksichtigen: die Verschiebung in Stabsystemen, ihre elastischen Gründungen und die auftretenden längs- und querlaufenden Biegungen sowie harmonische Schwingungen. In diesem Artikel wird ein universeller Algorithmus zur Ausarbeitung von Matrizen für Härte- und Festigkeitsbetrachtungen für Stäbe vorgestellt. Der entwickelte Algorithmus erlaubt die Berechnung von komplizierten Stabsystemen, die in der Praxis weit verbreitet sind. Für die Ausarbeitung der Matrizen für die Festigkeitsbetrachtung wurde die symbolische Programmiersprache MAPLE benutzt. Weiterhin zeigt dieser Artikel die Berechnung von gefalteten Flächensystemen unter Verwendung des diskret- kontinuierlichen Modells von W. S. Wlasow, mit Hilfe eines universellen Algorithmus auf. Für die Aufstellung der Matrix für Festigkeitsbetrachtung werden als Systemeinstellungen die Schichtformierung und der Ausschluss nach Gauss vorgeschlagen. Am Ende des Artikels werden Beispiele für die Berechnung von komplizierten Konstruktion aufgeführt.
Engineering Desktop Anwendungen in der Tragwerksplanung auf der Grundlage der COM-Technologie
(2003)
Zur effizienten Nutzung von Office- und Computeralgebra-Software im Sinne einer Engineering Desktop Umgebung wurde ein Framework für die Tragwerksplanung entwickelt. Dieses umfasst Klassen und Methoden zur Schnittgrößenermittlung von Durchlaufträgern, Fachwerken und ebener Stabwerke sowie für Nachweise und Bemessungsaufgaben im Stahlbeton-, Stahl- und Holzbau. Die Anwendung des Frameworks im Rahmen einer Office-Software beruht auf der Komponententechnologie. Im Rahmen von MS-Windows handelt es sich um das COM-Modell. Die Komponentenbibliothek des Frameworks wurde in JAVA implementiert. Die Nutzeroberfläche kann aus Berechnungssoftware wie Excel und Mathcad bestehen. Aber auch die Entwicklung von Tragwerkseditoren oder internetbasierender Software ist damit möglich. Anwendungen des Frameworks wurden in MS-Excel mit VBA und in Mathcad mit der C++Schnittstelle realisiert. Ziel dieser Entwicklung ist eine Engineering Desktop Umgebung auf dem Computer, bei der nichtstandardisierbare Untersuchungen in der Tragwerksplanung ebenso einfach, aber effizienter, sicherer und besser dokumentiert als mit Bleistift und Papier erfolgen können. Zwei Beispiele verdeutlichen die Anwendung des Frameworks. Hierbei handelt es sich einmal um eine statische Voruntersuchung mit Mathcad, bei der die mit dem Framework entwickelten Funktionen verwendet werden. Das zweite Beispiel behandelt die Erstellung eines Teachtools in MS-Excel.
Ziel des Teilprojekts C5 des Sonderforschungsbereichs 398 an der Ruhr-Universität Bochum ist die Entwicklung eines lebensdauerorientierten Entwurfsmodells für Stahltragwerke. Das Referenzsystem der letzten Förderperiode war eine einschiffige Stahlhalle mit Kranbahnen. Der vorliegende Beitrag stellt die Ergebnisse einer Sensitivitätsanalyse des Stahlrahmens unter Kranfahrtlasten vor. Diese Verkehrslasten wurden, völlig entkoppelt von weiteren äußeren Einflüssen wie Wind und Schnee, als poissongetriebene Pulsprozesse beschrieben, die zufälligen Eigenschaften der Kranfahrtlasten wurden in den Zufallsvariablen Pulsdauer und Pulsintensität berücksichtigt. Zur Minimierung des Rechenaufwandes der Lebensdauer-untersuchung wurden a priori einige Systemparameter anhand von Parameterstudien im Hinblick auf ihre dynamische Wirkung maßgebend festgelegt. In einer darauf aufbauenden Betriebsfestigkeitsuntersuchung wurden die Schädigungseinträge in einer Rahmenecke infolge von jeweils einzelnen Pulslastereignissen berechnet und in einer Datenbasis abgelegt. Eine abschließende Distance-Controlled Monte Carlo Simulation der Pulsprozesse über einen maximalen Zeitraum von 100 Jahren überführte die Realisationen der einzelnen Pulslasten anhand der Datenbasis in Teilschädigungen, welche nach der Palmgren/Miner-Hypothese zu einer Gesamtschädigung aufsummiert wurden. Der Einfluss der Kranlasten auf den Entwurf von Stahlhallen wurde durch den Vergleich der berechneten Lebensdauer und der planmäßig vorgegebenen Nutzungsdauer quantifiziert.
Online-Lehre im Einsatz
(2003)
Das im Rahmen des vom BMBF geförderten Projektes PORTIKO (Multimediale Lehr- und Lernplattform für den Studiengang Bauingenieurwesen) umfasst 10 Bauingenieurinstitute in Braunschweig und Dresden und das Fernstudium an der TU Dresden. Daneben sind drei Stabsprojekte für Didaktik, Teleteaching und Multimedia-Plattform als Dienstleister und Koordinatoren für die anderen Teilprojekte tätig. An der TU Braunschweig ist das Institut für Baustoffe, Massivbau und Brandschutz unter anderem für die Grundfachausbildung des Massivbau (5. + 6. Semester) und für eine spezielle Vertiefungsrichtung, den Brand- und Katastrophenschutz (7. bis 9. Semester), zuständig. In diesem Beitrag wird zunächst ein Überblick über die verwendete Plattform sowie die eingesetzten Hardware- und Softwaretechniken gegeben. Anschließend wird von ersten Erfahrungen über den Einsatz der Online-Lehre und die daraus gewonnen unterschiedlichen strategischen Ansätze für das weiter Vorgehen nach Projektende im Massivbau und im Brandschutz vorgestellt. Um den Praxisbezug zu vertiefen, wurden in PORTIKO zwei Projektbereiche gebildet, die auf Grund der engen Beziehung zwischen den Fächern gezielt zusammenarbeiten sollen. Dabei handelt es sich um die Bereiche >Virtuelles Haus< und >Virtuelle Infrastruktur<. Am Beispiel des Virtuellen Hauses soll gezeigt werden, wie die einzelnen Fächer mit Hilfe abgestimmter Übungsbeispiele den Studierenden die Notwendigkeit der Teamarbeit und Interaktion verschiedener Disziplinen vor Augen führen. Den Studenten stehen durch die Online-Plattform eine Vielzahl von Möglichkeiten zur Verfügung, z. B. mit Videoclips und Fotos über Versuche und Baustellen angereicherte Skripte, audio-kommentierte Vorlesungsfolien, alte Klausuren mit Musterlösungen, Aufgabenstellungen für Hausübungen, usw.. Den Studierenden können in der Online-Lehre interaktive Anwendungen zur Verfügung gestellt werden, die ein spielerisches Erproben und Beobachten von Parametereinflüssen ermöglichen. Solche interaktiven Übungen werden mit Java, Flash und Authorware erstellt. Hierzu werden Beispiele vorgestellt.
Die digitale Unterstützung der Planungsprozesse ist ein aktueller Forschungs- und Arbeitsschwerpunkt der Professur Informatik in der Architektur (InfAR) und der Juniorprofessur Architekturinformatik der Fakultät Architektur an der Bauhaus-Universität Weimar. Verankert in dem DFG Sonderforschungsbereich 524 >Werkzeuge und Konstruktionen für die Revitalisierung von Bauwerken< entstehen Konzepte und Prototypen für eine fachlich orientierte Planungsunterstützung. Als ein Teilaspekt wird in diesem Beitrag gezeigt, wie das Handaufmaß unter Einsatz modernen taktiler Erfassungsmethoden eine ganz neue Bedeutung für die Datenerfassung gewinnen kann. Das Potenzial der verschiedenen Verfahren zur Koordinatenbestimmung mit taktilen Werkzeugen wird evaluiert. Daraus wird eine Strategie entwickelt, die für die unterschiedlichen Notwendigkeiten im Planungsfortschritt den optimierten Einsatz der taktilen Erfassung in Kombination mit klassischen Erfassungsmethoden aufzeigt. Die Realisierbarkeit eines derartigen Konzeptes wird durch Fallstudien und mögliche Ablaufszenarien für einzelne Verfahren nachgewiesen. Durch die Integration taktiler Messverfahren in die Bestandserfassung kann erreicht werden, dass - relevante (Geometrie-) Informationen in ein umfassendes Bauwerksmodell integriert werden können, - die Bauaufnahme wieder im direkten Kontakt zum Bauaufnahmeobjekt erfolgen kann und - die Verfahren so einfach und leicht von allen Beteiligten eingesetzt werden können, um die Bauaufnahme und die Planung wieder miteinander zu verzahnen.
It has been shown that symmetries of moment functions of stochastic processes play an important role in identification of systems. They provide the group-theoretic method of choice of the model structure and model parameters. In the first stage the group-theoretic analysis of some fundamental concepts of stochastic dynamics: stochastic processes and functional series of Volterra-Wiener type has been undertaken. The analysis of group representations of the moment functions of order m for stochastic processes is the basic, original concept of the work. The following groups: symmetric Sm, special affine SAff(m), general linear GL(n, R), GL(n,C) and their subgroups play the main role in the models. In the second stage the informational entropy has been introduced as a measure of the randomness in the identified models. The group-theoretic approach underlines the unity of the nonlinear system identification and leads to useful engineering results in the range of the second-order (stochastic) theory.
In den zurückliegenden Jahren wurden an der Professur Massivbau I umfangreiche Untersuchungen zur Modellbildung und rechnerischen Erfassung des Tragverhaltens von Tragwerken und Tragwerkselementen aus Stahlbeton und Spannbeton unter Berücksichtigung von Rißbildungen und Plastizierungen durchgeführt. Diesen Untersuchungen liegt als einheitliches methodisches Konzept der mathematischen Problembeschreibung und Problemlösung die mathematische Optimierung zugrunde. Bereits anläßlich des IKM 1994 [1] hatte der Verfasser Gelegenheit, zusammenfassend über Ergebnisse bei der Anwendung der mathematischen Optimierung im Bereich der nichtlinearen Tragwerksanalyse zu berichten. Der vorliegende Beitrag, soll einen Überblick über seitdem untersuchte Problemkreise und dabei gewonnene Ergebnisse und Erfahrungen vermitteln. Bei der Anwendung der linearen und quadratischen Optimierung sind wegen der geforderten Linearität der Nebenbedingungen Vereinfachungen bei der Modellbildung des stahlbetonspezifischen Tragverhaltens unumgänglich. Besonders betroffen sind die Ansätze zur Beschreibungen des Materialverhaltens. Durch den Einsatz allgemeiner nichtlinearer mathematischer Optimierungsmethoden lässt sich eine methodisch bedingte Linearisierung des Berechnungsmodells umgehen....
Dezentrale mikrocontrollerbasierende Messtechnik in der in der Leittechnik historischer Gebäude
(2003)
Im Hintergrund stehen historische Bibliotheksgebäude, deren Bestände durch ungünstige klimatische Verhältnisse in den Innenräumen ihrer der Erhaltung gefährdet sind. Damit Maßnahmen der Gebäudeleittechnik geplant werden können, ist die Aufnahme der Umweltgrößen über einen längeren Zeitraum erforderlich. Im speziellen zielen die Maßnahmen auf die Klimatechnik mit ihren Aufgaben der Heizungsregelung, Belüftungsanlagen. Ein Messsystem kann mit dem Mikrocontroller Beck >IPC@CHIP< realisiert werden. Das an der FH Fulda entwickelte Messsystem nimmt im Abstand von drei Minuten Messwerte von Lufttemperatur, Luftfeuchte, Luftdruck und UV-Intensität auf. Sie gelten als beeinflussende Größen der organischen Materialien des Fundus. Die Messwerte werden in einer elektronischen Schaltung vorverarbeitet und einem Mikrocontroller zugeführt. Dieser archiviert die Daten fortlaufend über einen Zeitraum bis zu sieben Jahren. Der Mikrocontroller ist mit seinem internen Flash-Speicher und der Ethernet-Schnittstelle in der Lage, die gesammelten Messwerte als Webserver zur Verfügung zu stellen. Wenn das Messsystem an das Internet angeschlossen wird, können die Klimaverläufe in einem herkömmlichen Internet-Browser dargestellt werden. Dafür wurde mit der Programmiersprache Java eine Visualisierungsoberfläche erstellt. Sie bietet die verschiedensten Möglichkeiten der Datenauswertung. Dazu gehört der Zugriff auf jeden einzelnen Messwert, auf Tages-, Monats- und Jahresmittelwerte und die Errechnung von Minima und Maxima. Der Flash-Speicher wurde auch dazu benutzt, Dokumentation und Bedienhinweise abzulegen, die somit über das Netzwerk abrufbar sind. Das gesamte Messsystem ist in ein Buch integriert und erfasst seit August 2002 die klimatischen Verhältnisse der Herzogin-Anna-Amalia-Bibliothek in Weimar. Nach den erfolgten Langzeitmessungen kann darüber entschieden werden, welchen Beitrag eine Gebäudeleittechnik mit integrierter Klimaregelung zur Werterhaltung der Gegenstände leisten kann.
The problem F|n=2|F is to minimize the given objective function F(C1,m, C2,m) of completion times Ci,m of two jobs i Î J={1, 2} processed on m machines M={1, 2, …, m}. Both jobs have the same technological route through m machines. Processing time ti,k of job iÎ J on machine kÎ M is known. Operation preemptions are not allowed. Let R2m be space of non-negative 2m-dimensional real vectors t=(t1,1,…, t1,m, t2,1,…, t2,m) with Chebyshev’s distance d(t, t*). To solve problem F|n=2|F, we can use the geometric algorithm, which includes the following steps: 1) construct digraph (V, A) for problem F|n=2|F and find so-called border vertices in (V, A); 2) construct the set of trajectories corresponding to the shortest paths Rt in digraph (V, A) from the origin vertex to each of the border vertices; 3) find an optimal path in the set Rt that represents a schedule with minimal value of the objective function F. Let path tu Î Rt be optimal for the problem F|n=2|F with operation processing times defined by vector t. If for any small positive real number e > 0 there exists vector t*Î R2m such that d(t, t*) = e and path tu is not optimal for the problem F|n=2|F with operation processing times defined by vector t*, then optimality of path tu is not stable. The main result of the paper is the proof of necessary and sufficient conditions for optimality stability of path tu. If objective function F is continuous non-decreasing (e.g., makespan, total completion time, maximal lateness or total tardiness), then to test whether optimality of the path tu Î Rt is stable takes O(m log m) time.
The development of the qualitative methods of investigation of dynamic systems, suggested by the authors, is the effective means for identification of dynamic systems. The results of the extensive investigations of the behaviour of linear dynamic systems and symmetrical system with double well potential under polyharmonic excitation are given in the paper. Phase space of dynamic systems is multi-dimensional. Each point of this space is characterized by not less than four co-ordinates. In particular: displacement, velocity, acceleration and time. Real space has three dimensions. It is more convenient for the analysis. We consider the phase space as limited to three dimensions, namely displacement, velocity and acceleration. Another choice of parameters of phase planes is also possible [1, 2]. Phase trajectory on a plane is of the greatest interest. It is known that accelerations of points are more sensitive to deviations of oscillations from harmonic ones. It is connected with the fact that power criteria on it are interpreted most evidently. Besides, dependence is back symmetric relative to axis of the diagram of elastic characteristic. Only the phase trajectories allow establishing a type and a level of non-linearity of a system. The results of the extensive investigations of the dynamic systems behaviour under polyharmonic excitation are given in the paper. The use of the given phase trajectories enables us to determine with a high degree of reliability the following peculiarities: - presence or absence of non-linear character of behaviour of a dynamic system; - type of non-linearity; - type of dynamic process (oscillations of the basic tone, combinative oscillations, chaotic oscillations.). Unlike existing asymptotic and stochastic methods of identification of dynamic systems, the use of the suggested technique is not connected with the use of a significant amount of computing procedures, and also it has a number of advantages at the investigation of complicated oscillations.
The subject of this talk is the problem of surface design based upon a mesh that may contain both triangular and quadrangular domains. We investigate the cases when such a combined mesh occurs more preferable for bivariate data interpolation than a pure triangulation. First we describe a modification of the well-known flipping algorithm that constructs a locally optimal combined mesh with a predefined quality criterion. Then we introduce two quality measures for triangular and quadrangular domains and present the results of a computational experiment that compares integral interpolation errors and errors in gradients caused by the piecewise surface models produced by the flipping algorithm with the introduced quality measures. The experiment shows that triangular meshes with the Delaunay quality measure provide better interpolation accuracy only if the interpolated function is strictly convex, as well as a saddle-shaped function is better interpolated by bilinear patches within a combined mesh. For a randomly shaped function combined meshes demonstrate smaller error values and better stability in compare with pure triangulations. At the end we consider other resources for mesh improvement, such as excluding >bad< points from the input set for the mesh generating procedure. Because the function values at these points should not be lost, some linear or bilinear patches are replaced by nonlinear patches that pass through the excluded points.
A lot of real-life problems lead frequently to the solution of a complicated (large scale, multicriteria, unstable, nonsmooth etc.) nonlinear optimization problem. In order to cope with large scale problems and to develop many optimum plans a hiearchical approach to problem solving may be useful. The idea of hierarchical decision making is to reduce the overall complex problem into smaller and simpler approximate problems (subproblems) which may thereupon treated independently. One way to break a problem into smaller subproblems is the use of decomposition-coordination schemes. For finding proper values for coordination parameters in convex programming some rapidly convergent iterative methods are developed, their convergence properties and computational aspects are examined. Problems of their global implementation and polyalgorithmic approach are discussed as well.
Die digitale Unterstützung der Planungsprozesse ist ein aktueller Forschungs- und Arbeitsschwerpunkt der Professur Informatik in der Architektur (InfAR) und der Juniorprofessur Architekturinformatik der Fakultät Architektur an der Bauhaus-Universität Weimar. Verankert in dem DFG Sonderforschungsbereich 524 >Werkzeuge und Konstruktionen für die Revitalisierung von Bauwerken< entstehen Konzepte und Prototypen für eine fachlich orientierte Planungsunterstützung. Als ein Teilaspekt wird in diesem Beitrag die Vision eines mitwachsenden Geometriemodells für das computergestützte Bauaufmaß gezeigt, welches den Aufnehmenden von der Erstbegehung an begleitet. Die bei jeder Phase der Bauaufnahme gewonnenen Geometrieinformationen sollen in den anschließenden Phasen wiederverwendet, konkretisiert bzw. korrigiert werden. Aufmaßtechniken und Geometriemodell sind dabei eng gekoppelt. Verschiedene Sichten auf ein gemeinsames Geometriemodell haben zum Ziel, den Nutzer die Vorteile planarer Abbildungen nutzen zu lassen, ohne die dreidimensionale Übersicht zu verlieren oder entsprechende räumliche Manipulationen zu missen. Das Geometriemodell ist dabei in ein dynamisches Bauwerksmodell eingebettet. Der folgende Beitrag bezieht sich auf die Bauaufnahme mit folgenden Vorgaben: - die Bauaufnahme dient der Vorbereitung der Bauplanung im Bestand - es wird nur eine Genauigkeitsstufe (im Bereich von +/- 10 cm) unterstützt - die Geometrieabbildung des aufzunehmenden Bauwerkes beruht ausschließlich auf ebenen Oberflächen
Es wird ein Verfahren vorgestellt, das erlaubt, die Vermessung von Porengrößen in Sichtbetonflächen sowie die Beurteilung von Farbeindrücken automatisiert durchzuführen. Subjektive Einflüsse bei der Bewertung werden ausgeschlossen, gleichzeitig werden Einsparungseffekte von 80% und mehr gegenüber Handauszählungen von Lunkern nachgewiesen. Die verwendeten Techniken sind ein spezieller Markierungsrahmen, eine hochauflösende Digitalkamera und spezielle Bildanalyseprozeduren. Letztere leisten die notwendigen Vorverarbeitungsfunktionen, wie geometrische Entzerrung, Kalibrierung sowie einen Helligkeitsausgleich, und nehmen die durchzuführenden Bewertungen vor. Das sind Porengrößen- und verteilungsanalyse sowie Farbvergleiche mit definierten Normalen zur Beurteilung von Farbhomogenitäten über den zu analysierenden Sichtbetonflächen. Die Ergebnisprotokollierung erfolgt sowohl bildlich als auch datentechnisch, letzteres z. B. in einem Excelfile. Die Durchgängigkeit des Verfahrens wird an einer Reihe von in Sichtbetonbauweise ausgeführten Bauten veranschaulicht, z. B. dem Bundeskanzleramt und dem Hörsaalzentrum der TU-Dresden. Wesentliche Einflussparameter wie Beleuchtungsgeometrie oder Helligkeitsschwellen werden diskutiert und Vergleiche zu durchgeführten Handmessungen gezogen. Der vorgestellte Ansatz ist in weiterer Forschung anwendungsorientiert aufzubereiten, vergleichende Untersuchungen zu durch Experten durchgeführten Messungen sind zu Validierungszwecken vorzunehmen. Der Ansatz kann einen Beitrag zu Normungsfragen liefern. Seine Nutzbarkeit ist auch für spezielle Bereiche der Entwicklung von Betonmischtechnologien oder in der Fertigelementefertigung gegeben. Im Beitrag sind die relevanten Verfahrensschritte bildlich und in tabellarischer Form untersetzt.
This paper is concerned with the numerical treatment of quasilinear elliptic partial differential equations. In order to solve the given equation we propose to use a Galerkin approach, but, in contrast to conventional finite element discretizations, we work with trial spaces that, not only exhibit the usual approximation and good localization properties, but, in addition, lead to expansions of any element in the underlying Hilbert spaces in terms in multiscale or wavelet bases with certain stability properties. Specifically, we select as trial spaces a nested sequence of spaces from an appropriate biorthogonal multiscale analysis. This gives rise to a nonlinear discretized system. To overcome the problems of nonlinearity, we make use of the machinery of interpolating wavelets to obtain knot oriented quadrature rules. Finally, Newton's method is applied to approximate the solution in the given ansatz space. The results of some numerical experiments with different biorthogonal systems, confirming the applicability of our scheme, are presented.
Die Situation in der Immobilienwirtschaft hat sich in den letzten Jahren grundlegend verändert. Die Neubauaktivitäten in ganz Deutschland sind deutlich zurückgegangen. Das Bauen im Bestand mit den Tätigkeitsfeldern der Renovierung, Modernisierung und Instandsetzung rückt daher in den Mittelpunkt der Aktivitäten. Laut Bundesarbeitskreis Altbauerneuerungen werden im nächsten Jahr 74 Prozent des gesamten Bauvolumens auf die Modernisierung von alten Häusern entfallen, der Anteil der Neubaumaßnahmen geht auf 26 Prozent zurück. Dies gilt nicht nur für Wohn-, sondern auch für Gewerbeimmobilien. Die anhaltende Rezession und die Entzauberung der New Economy ziehen in diesem Bereich Leerstände und fallende Mieten nach sich. Auch die Wohnungswirtschaft hat vor allem in den neuen Ländern mit Leerständen zu kämpfen. Diese Tatsache zwingt Immobilienbetreiber zunehmend dazu, Methoden zu ergreifen und Werkzeuge einzusetzen, die die Effizienz im eigenen Unternehmen steigern. Die Aufgabenstellung lautet: Mehr Sanierungsprojekte in der selben Zeit abwickeln. Dies setzt eine prozessorientierte Vorgehensweise und unterstützende Werkzeuge voraus. Mit dem baucommunicator wurde ein Werkzeug entwickelt, dass es dem Gebäudemanager ermöglicht, bei der Abwicklung von Bau- und Sanierungsmaßnahmen im Aufgabenfeld der Koordination dieser Aufgabenstellung zu entsprechen. Die Kernfunktionen der Software sind das Termin-, Kosten und Qualitätsmanagement bei der Abwicklung von Bauprozessen. Die unternehmensübergreifende Konzeption erlaubt sowohl dem Auftraggeber, wie auch den ausführenden Betrieben den Zugriff auf die zentral abgelegten Projektinformationen. Die Workflow-Funktionalität des baucommunicator führt zu einer Reduktion der Prozessaktivitäten. Dadurch werden Kosten eingespart und die Ausführungsqualität gesteigert.
Today´s procedures for the awarding of public construction performance contracts are mainly paper-based. Although the usage of electronic means is permitted in the VOB, the regulations are not sufficient yet. Especially software agents within the AEC-bidding process were not considered at all. The acceptance of an agent-based virtual marketplace for AEC-bidding depends on a reliable and trustworthy public key infrastructure according to the (German) digital signature act. Only if confidentiality, integrity, non-repudiation, and authentication are provided reliably, users will assign sensitive business processes like public tendering procedures to software agents. The development of a secure agent-based virtual marketplace for AEC-bidding according to legal regulations is an entirely new approach from a technical as well as from a legal point of view. The objective of this research project is the development of intelligent software-agents which are able to legally call for bids, to calculate proposals, and to award the successful bidder.
Ein Algorithmus zur Lösung von Tourenproblemen mit Zeitrestriktionen und inhomogenem Fahrzeugpark
(2003)
Es wird ein Algorithmus vorgestellt, der auf Tourenprobleme mit verschiedenen Restriktionen anwendbar ist. Zum einen können sowohl die Aufträge der Kunden als auch die Fahrzeuge mit Zeitrestriktionen in Form eines oder mehrerer Zeitfenster versehen sein. Zum anderen stehen auszuliefernde Waren nur in gewissen zeitabhängigen Stückzahlen zur Verfügung. Die vorhandenen Fahrzeuge besitzen hinsichtlich Kapazität und Geschwindigkeit unterschiedliche Eigenschaften, wobei von den Kunden gewisse Fahrzeugtypen ausgeschlossen werden können. Die Aufträge werden zunächst hinsichtlich örtlichem und zeitlichem Abstand in Cluster unterteilt. Den Clustern werden auf der Basis von Bewertungen Fahrzeuge zugeordnet, mit denen Touren innerhalb der Cluster erzeugt werden. Das Aufstellen der Touren erfolgt mittels eines Savingsverfahrens, bei dem das Saving aus einer örtlichen und einer zeitlichen Komponente besteht. Der Algorithmus läßt sich über eine Vielzahl an Parametern steuern.
>Virtual Organizations<, >Virtual Enterprises< und >Smart Organizations< werden immer häufiger als zukünftige Geschäftsform für des Bauwesens und insbesondere der Bauplanung gesehen. Ziel dieser Organisationsformen ist es, eine temporäre geschäftliche Zusammenarbeit zur Erschließung neuer Geschäftsfelder aufzubauen, ausgehend von einer strategischen Geschäftsverbindung. Insbesondere für kleine Planungsbüros können sich hieraus Möglichkeiten zur Durchführung größerer Projekte eröffnen, indem notwendige Ressourcen, wie z.B. Fachingenieure, jeder Zeit flexibel integriert werden können. Neben dem Auftreten als Projektmanager besteht für die Planungsbüros auch die Möglichkeit Spezialwissen sowie nicht benötigte Ressourcen in andere Projekte zu integrieren. Ziel ist es dabei, eine kontinuierliche Auslastung der Mitarbeiter sicherzustellen. Durch die Nutzung einer geeigneten und allgemein zugänglichen IT-Infrastruktur über das Internet können neue Partner ohne großen Aufwand in ein Projekt aufgenommen werden indem diesen Zugriffe auf alle notwendigen Projektinformationen gegeben wird. Mit der Bereitstellung passender IT-Werkzeuge für das Projektmanagement, Datenmanagement und Vertragsmanagement wird eine effektive Projektbearbeitung gewährleistet. In diesem Beitrag werden die konzeptionellen Grundlagen virtueller Organisation genauer betrachtet und deren Anwendbarkeit auf virtuelle Planungsteams im Bauwesen untersucht. Anschließend wird, aufbauend auf diese Erkenntnisse, der Aufbau und die Komponenten einer Softwareumgebung zur Unterstützung des virtuellen Planungsteams erörtert. Zum Schluss erfolgt eine Darstellung des durch das BmBF geförderte Projekt iCSS.
This paper describes a didactic application that is part of a research project whose main aim is to develop a computer-aided system which will assist design and construction processes. It is based on the visual simulation of construction activities. Geometric modeling and virtual reality techniques are used in the visualization of the design process and to define user-friendly interfaces in order to access construction information, which could prove useful to Civil Engineering professionals. As a first step, was developed a prototype that serves as a didactic tool for Civil Engineering students of disciplines concerned with building construction. The construction of a double brick wall is the case studied. The wall is defined as a three dimensional model formed with the several components needed to edify it. Using the wall's virtual model it is possible to show, in an interactive way, the sequence of the construction process and observe from any point of view the configurations in detail of the building components. This is then a didactic tool application in construction processes domain of great interest to Civil Engineering students.
The construction of a new building interferes with the existent environment. A careful aesthetic study must be made at an early stage in the design and the visualization of a three-dimensional (3D) model of the structure is the best way to analyse it. As some structures presents a complex shape is difficult to execute a 3D model as well as the specific drawings. Using traditional graphical systems, the execution of deck specific drawings is extremely time consuming and the 3D deck model gives an approximation only of the exterior shape of the deck. The modelling scheme proposed here allows the automation of the geometric design phases related to the deck bridge element using as a means of integration a geometric database representative of the real deck shape. This concept was implemented in a computer program. This application is an important support in the process design namely at the conceptual and graphical stages. The computer application provides an important tool to the bridge designer particularly at the conceptual stage, as it allows aesthetic and structural evaluation of the bridge at an early stage in the design. The geometric modelling process and graphical results of a case study are presented.
Internetbasiertes Management von Bauprojekten auf der Basis eines dynamischen Workflow-Frameworks
(2003)
Die Baubranche zeichnet sich durch eine sehr starke Arbeitsteilung aus, die hohe Ansprüche an die Koordination der Prozesse und auch an die Qualität der auszutauschenden Informationen stellt. Trotz der gegenwärtigen informationstechnologischen Möglichkeiten gibt es in der Bauwirtschaft noch keine umfassende Lösung, um diesen Anforderungen gerecht zu werden. Insbesondere sind Modelle zur durchgängigen Koordinierung der Prozesse und Arbeitsabläufe (Workflows) im Informations- und Kommunikationsverbund für die baupraktischen Belange noch nicht entwickelt worden. Die Abbildung der dynamischen Aspekte der Workflows zwischen Bauherren, Projektleitung, Fachplanern, Bauaufsichtsbehörde und Bauunternehmen können zu einer Erhöhung der Termin- und Kostensicherheit führen. Vorhandene Software-Produkte im Bereich des Workflow-Managements erfüllen die Anforderungen der vernetzt-kooperativen Planung bzw. Ausführung im Bauwesen nicht durchgängig und sind nicht in einen internetbasierten Projektraum integrierbar. Die Grundlage des hier vorgestellten Systems bildet ein so genanntes Workflow-Framework, dem alle Fachinformationen, wie Kosten, Termine, Gebäudestruktur und (Plan-) Dokumente untergeordnet sind. Dieses Framework stellt eine auf die Anforderungen des Bauwesens ausgerichtete Anwendung dar, mit deren Hilfe die Beteiligten und deren Aktivitäten, die Fachinformationen und die zu verwendenden Fachapplikationen koordiniert und überwacht werden können. Mit dieser Anwendung, die in den internetbasierten Projektraum Baukom-Online integriert ist, kann zum einen die Projektleitung bzw. der Projektsteuerer bei der Koordination, Steuerung und Überwachung der Bauprojektabwicklung in technischer, rechtlicher und wirtschaftlicher Hinsicht unterstützt werden. Zum anderen ermöglicht es den Beteiligten in Planung, Genehmigung und Ausführung, ihre Arbeitsabläufe im Hinblick auf eine fristgerechte und wirtschaftliche Abwicklung effizienter zu gestalten.
Der Beitrag basiert auf den Ansätzen und Ergebnissen des Forschungsprojekts >Prozessorientierte Vernetzung von Ingenieurplanungen am Beispiel der Geotechnik<, des DFG-Schwerpunktprogramms 1103 >Vernetzt-kooperative Planungsprozesse im Konstruktiven Ingenieurbau<. Ziel ist die Entwicklung einer netzwerkbasierten Kooperationsplattform zur Unterstützung von Ingenieurplanungen. Methodische Grundlagen hierfür stellen die Petri-Netze mit individuellen Marken in Verbindung mit einer semantischen Informationsbewertung dar. Der Beitrag zeigt an einem Beispiel die grundlegenden Möglichkeiten der Petri-Netze auf und stellt die Steuerung der Planungsprozesse aufgrund von Metainformationen dar. Darüber hinaus wird der Ansatz verfolgt, auf der Basis bauteilorientierter Prozessmuster für geotechnische Konstruktionselemente den veränderlichen Prozessablauf zu erfassen. Abschließend wird ein Weg zur Implementierung gezeigt.
Die Bewirtschaftung von Grundwasser umfasst zum einen die Nutzungserfordernisse und Versorgungsbedürfnisse und zum andern den Schutz des Grundwassers als Bestandteil des Naturhaushaltes. Die Verwendung von Informations- und Kommunikationsmethoden zur numerischen Grundwassermodellierung und zur Verwaltung von großflächigen qualitativen und quantitativen Grundwasserinformationen eröffnen die Möglichkeit einer nachhaltigen wasserwirtschaftlichen Planung sowie einer gezielten Steuerung der Auswirkungen von Grundwasserentnahmen und -versickerungen. Im Rahmen des Pilotprojektes Grundwasser-Online im Hessischen Ried (www.grundwasser-online.de) wurden gezielt die Arbeitsabläufe bei der Erfassung der Daten zur Grundwasserbewirtschaftung sowie der anschließenden Verarbeitung analysiert, bewertet und software-technisch umgesetzt. Ein wichtiger Aspekt dabei ist die Datenerfassung an den räumlich verteilten Grundwassermessstellen. Der vorliegende Beitrag zeigt auf, wie mobile EDV Geräte mit einer geeigneten Software die Arbeitsabläufe beim Einsatz vor Ort effizienter gestalten und die Einhaltung der Messvorgaben unterstützen können. Durch die Minimierung von Fehlerquellen kann dabei eine Qualitätsverbesserung des Datenbestandes erreicht werden. Es wird ein Konzept zur mobilen Erfassung von Grundwasserdaten unter Verwendung von GPS-Positionsdaten und Plausibilitätsprüfungen vorgestellt. Die Technologien und Herausforderungen bei der prototypischen Umsetzung werden aufgezeigt.
This paper contributes to discussion on introduction of exclusive lane for public transport. Analyses of results have been presented on effectiveness of usage of a 4 - lane and a 6 - lane street with and without an exclusive lane for buses. Two basic sub-models have been applied: - the binary logit model for modal split estimation; it takes into consideration the relation of travel time performed by private cars to public transport, - the polynomial model for predicting link impedance; the real travel time is affected by relation of traffic volume to the design capacity The parameters of both sub-models have been calibrated for the Polish conditions. The relationships are determined between number of person trips and traffic volume of buses/private cars, market share of public transport in motorised trips, average travel time lost in trips, average operation cost. An iterative technique addresses a feedback between the modal split and traffic volumes. Numerical calculations by use of EXCEL and MATLAB were carried out. Typical values of corridor length, occupancy rate of passenger car, design capacity of the bus, access and egress time to and from the parking/bus-stop in urban areas were applied. On the basis of the estimated results, the marginal parameter values: number of people carried at which separated lane for buses is most effective , traffic volume for private cars, traffic volume for buses and share of public transport in trips have been got by consideration of the average travel time lost and operational cost as criteria: Then introduction of street lanes with and without exclusive lane for buses in relation to number of person trips can be optimized.
Dieser Beitrag zeigt einen Ansatz, verschiedene numerische Simulationsaufgaben auf ein gemeinsames und durchgängig dreidimensionales Geometriemodell zu gründen. Hinsichtlich der physikalischen Modelle reicht die Bandbreite der hier vorgestellten Anwendungen von einer ganzheitlichen Betrachtung der Gebäudestruktur in der Strukturmechanik über die raumbezogene, hochauflösende Modellierung konvektiver Raumluftströmungen bis hin zur Simulation des thermischen Verhaltens eines ganzen Gebäudes. Das jeweils zugrunde liegende numerische Verfahren setzt dabei auf einem stets gleichen Zwischenmodell der realen Geometrie der Struktur auf, ohne dabei vereinfachende dimensionsreduzierte Modelle anzuwenden. Nachfolgende Werkzeuge werden derzeit im Rahmen mehrerer Forschungsprojekte an dieses Geometriemodell angeschlossen: Die p-Version der FEM für die Strukturanalyse, ein sog. Mehrzonenmodell für die thermische Gebäudesimulation sowie ein auf dem sog. hybriden thermischen Gitter-Boltzmann-Verfahren (hTLBE) basierender Strömungssimulationscode. Der Import geometrischer wie semantischer Daten eines Bauwerks in das Simulations-Framework erfolgt nach dem Produktmodell der Industry Foundation Classes (IFC), das sich als Quasi-Standard für den Datenaustausch im Bauwesen etabliert hat. Das IFC-Schema dient dabei nicht als Modell zur internen Speicherung von Daten, sondern wird hier als Schnittstelle zur Anbindung unterschiedlicher Programme wie CAD-Anwendungen für Architekten oder anderen Modellierungstools verwendet. Die Implementierung dieser Schnittstelle erfolgt unter Verwendung einer sog. Toolbox, die das Objektschema der IFC auf ein Klassenmodell einer objektorientierten Programmiersprache abbildet und Werkzeuge für den effizienten Objektzugriff zur Verfügung stellt. Damit werden Grenzen zwischen spezialisierten Softwarepaketen, die maßgeschneidert auf spezielle Erfordernisse ausgerichtet sind, aufgebrochen und der Datenaustausch über die Anwendungsgrenzen hinaus unterstützt. Dies ist eine Konsequenz aus einer dem Wunsch nach vernetzt-kooperativen Planung von Bauwerken....
Im Stahlbeton- und Spannbetonbau kommen in zunehmendem Maße Verbundkonstruktionen aus Betonfertigteilen und Ortbetonergänzungen zum Einsatz. Die Fertigteile werden je nach Spannweite, Belastung und speziellen Anforderungen mit schlaffer oder vorgespannter Be-wehrung ausgeführt. Aufgrund der im Allgemeinen unterschiedlichen Betone der einzelnen Querschnittsanteile sowie bedingt durch den zeitlichen Versatz in der Herstellung der Fertig-teile und der Ortbetonergänzungen ergeben sich Unterschiede im Langzeitverhalten, die bei der Bemessung und Nachweisführung zu berücksichtigen sind. Das Kriechen und Schwinden der Betone als Folge des zeitabhängigen Materialverhaltens und die Spezifik des Verbund-querschnitts können für die Gebrauchstauglichkeit relevant sein, insbesondere wenn die Fer-tigteile vorgespannt sind. Eine hinreichend wirklichkeitsnahe Beschreibung des Langzeitverhaltens von Beton gestattet die Theorie des elastisch-kriechenden Körpers, wobei sich im Allgemeinen keine geschlosse-ne Lösung für bewehrte Betonverbundquerschnitte angeben lässt. Eine Alternative hierzu ergibt sich, wenn für die einzelnen Kriechintervalle ein vereinfachter Ansatz für den Verlauf der Kriechfunktion entsprechend der Theorie des Alterns getroffen wird. Dabei werden die im Zeitintervall (tj-1,tj) umgelagerten Schnittgrößen als neue Belastung der einzelnen Querschnittsanteile im Zeitintervall (tj,tj+1) mit der Kriech-funktion f(tj+1,tj) berücksichtigt. Bei hinreichend kleinen Zeitschritten können die Nachteile der getroffenen Vereinfachung vernachlässigt werden.
Physikalisch nichtlineare Analyse von Aussteifungssystemen unter Einbeziehung von Lastfolgeeffekten
(2003)
Die physikalisch nichtlineare Analyse von Stahlbetontragwerken unter Berücksichtigung des Einspielverhaltens (adaptives Tragverhalten) mit Methoden der mathematischen Optimierung ist seit Jahren Gegenstand intensiver Forschungsarbeiten am Lehrstuhl Massivbau I der Bauhaus-Universität Weimar. Die dabei entwickelten Modelle und Algorithmen werden im folgenden Beitrag exemplarisch auf die Untersuchung von Aussteifungssystemen in Großtafelbauweise angewendet. Da bei diesen Gebäuden die aussteifende Konstruktion aus zusammengesetzten großformatigen Betonfertigteilen besteht, wird das Gesamttragverhalten maßgebend durch das Fugentragverhalten bestimmt. Die physikalische Nichtlinearität wird durch das Aufreißen der unbewehrten Horizontalfugen und den verschieblichen Verbund in den Vertikalfugen charakterisiert und entsprechend im Berechnungsmodell berücksichtigt. Beispielrechnungen belegen, dass für die beschriebenen Aussteifungssysteme signifikante Spannungsumlagerungen infolge des nichtlinearen Fugentragverhaltens auftreten. Weiterhin können Lastfolgeeffekte rechnerisch nachgewiesen werden. Im Gegensatz zu seismisch beanspruchten Systemen, die in kürzester Zeit wiederholt extrem beansprucht werden, ist die Eintrittswahrscheinlichkeit bemessungsrelevanter Windlasten gering.
In this paper we consider modelling of composite material with inclusions where the elastic material properties of both matrix and inclusions are uncertain and vary within prescribed bounds. Such mechanical systems, involving interval uncertainties and modelled by finite element method, can be described by parameter dependent systems of linear interval equations and process variables depending on the system solution. A newly developed hybrid interval approach for solving parametric interval linear systems is applied to the considered model and the results are compared to other interval methods. The hybrid approach provides very sharp bounds for the process variables - element strains and stresses. The sources for overestimation when dealing with interval computations are demonstrated. Based on the element strains and stresses, we introduce a definition for the values of nodal strains and stresses by using a set-theoretic approach.
Die digitale Unterstützung der Planungsprozesse ist ein aktueller Forschungs- und Arbeitsschwerpunkt der Professur Informatik in der Architektur (InfAR) und der Juniorprofessur Architekturinformatik der Fakultät Architektur an der Bauhaus-Universität Weimar. Verankert in dem DFG Sonderforschungsbereich 524 >Werkzeuge und Konstruktionen für die Revitalisierung von Bauwerken< entstehen Konzepte und Prototypen für eine fachlich orientierte Planungsunterstützung. In dem Beitrag wird ein Konzept und prototypische Realisierung für die durchgängige Unterstützung des gesamten Bauaufnahmeprozesses für Altbausubstanz vorgestellt und diskutiert. Der Fokus liegt auf der frühe Phase in der Bauaufnahme als ein Baustein in einer gesamtheitlichen IT-gestützen Planungsumgebung eingegangen. Durch gezielte Aufnahme planungsrelevanter Parameter und Auswertung hinsichtlich Wirtschaftlichkeit und Wiederverwendbarkeit bzw. der Variantenüberprüfung von Nutungskonzepten, werden gerade in dieser Phase wesentliche Entscheidungen für eine kostengünstige Planung getroffen werden. In der Veröffentlichung wird der Fokus auf folgende Punkte gesetzt: - Strukturierung und Aufnahme der Informationen während der Erstbegehung - Skizzenhafte Abbildung als Basis für die Formulierung erster Entwurfsintensionen/ Variantenuntersuchungen - Navigations- und Informationsumgebung - gezielte Auswertungsmöglichkeiten (bspw. Wirtschaftlichkeitsberechnung, Wiederverwendung von Bauteilen, Kalkulation von Abrissmengen)
Most of the existing seismic resistant design codes are based on the response spectrum theory. The influence of inelastic deformations can be evaluated by considering inelastic type of resisting force and then the inelastic spectrum is considerably different from the elastic one. Also, the influence of stiffness degradation and strength deterioration can be accounted for by including more precise models from material point of view. In some recent papers the corresponding changes in response spectra due to the P- Ä effect are discussed. The experience accumulated from the recent earthquakes indicates that structural pounding may considerably influence the response of structures and should be taken into account in design procedures. The most convenient way to do that is to predict the influence of the pounding on the response spectra for accelerations, velocities and displacements. Generally speaking the contact problems such as pounding are characterized by large extent of nonlinearity and slow convergence of the computational procedures. Thus obtaining spectra where the contact problem is accounted for seems very attractive from engineering point of view because could easy be implemented into the design procedures. However it is worth nothing that there is not rigorous mathematical proof that the original system can be decomposed into single equations related to single degree of freedom systems. It is the porpose of the paper to study the influence of the pounding on the response spectra and to evaluate the amplification due to the impact. For this purpose two adjacent SDOF systems are considered that are able to interact during the vibration process. This problem is solved versus the elastic stiffness ratio, which appears to be very important for such assemblage. The contact between masses is numerically simulated using opening gap elements as links. Comparisons between calculated response spectra and linear response spectra are made in order to derive analytical relationships to simply obtain the contribution of pounding. The results are graphically illustrated in response spectra format and the influence of the stiffness ratio is clarified.
Im Hinblick auf einen effizienten Austausch von Planungsinformationen bei mittleren und größeren Bauprojekten werden in den letzten Jahren vermehrt internetbasierte Projektkommunikationssysteme (PKS) eingesetzt, welche neben einer netzwerkweiten Bereitstellung von Dateien auch klassische Aufgaben des Planmanagements hinsichtlich der Bereitstellung von Dokumenten-Verteiler und der Abbildung der Planungshistorie übernehmen. Aufgrund von leicht zu nutzenden Mechanismen zur Bereitstellung von Planungsinformationen durch die Fachplaner und die zentrale Speicherung aller anfallenden Dokumente entstehen dabei leicht erhebliche Datenmengen, bei denen effiziente Verwaltungsmechanismen unabdingbar sind. Die lediglich auf Baumstrukturen basierenden Organisationsstrukturen, welche vor allem eine chronologische Sortierung erlauben, reichen deshalb bei weitem nicht aus. Weiterhin ist eine effiziente Gestaltung der Projektdurchführung mit diesem rein dokumentenbasierten Ansätzen allein nicht möglich, da zwischen den bereitgestellten Informationen nur unzureichend Verknüpfungen erstellt werden können. Fachliche Beziehungen somit nicht abgebildet werden können, so dass insbesondere bei durchgeführten Änderungen die zugrunde liegenden Planungsinformationen nicht konsistent gehalten und Auswirkungen von Planungsänderungen auf andere Gewerke nur schwer ermittelt werden können....
Der Versuch, alle vorhandenen Arten von Bauobjekten in einem Schema zu beschreiben, wird zu einem übermäßig großen Schema führen. Im internationalen Zentrum für Bauinformatik hat der Autor die Besonderheiten des Bauwesens formuliert und gefolgert, dass es genügt, in den Klassen topologische, geometrische und graphische Aspekte der Bauobjekte, sowie einige Hilfsbegriffe zu beschreiben. Ein Hauptziel bei der Entwicklung einer Sprache ist die Einfachheit des Schemas. Insgesamt werden etwa nur 50 Klassen für CAD-Systeme vorgeschlagen. In Modellen von Bauobjekten, die von CAD-Systemen erzeugt werden, betrifft der größte Anteil der Daten die geometrische Form der Elemente und ihre Raumlage. Zur Beschreibung der Bauobjekte werden nur 7 Hauptklassen verwendet: Entity, System, Clone, Context, Annotation, Figure und Process. Von besonderer Bedeutung ist die Klasse >Clone<. Sie erlaubt in kompakter Form die Beschreibung einer Menge ähnlicher Objekte, die sich in wenigen Parametern (zum Beispiel, der Lage im Raum) unterscheiden. Das vorgestellte Konzept führt zu einer starken Verringerung der Dateigröße und erleichtert das Erkennen der Objekte bei der Übergabe der Daten. Die Strukturdiagramme der Klassen wurden mit Hilfe der UML-Sprache erzeugt. Die Klassen sind auch im XML-Format beschreiben und können auf Homepage >http://www.mtu-net.ru/pavlov/bodXML< gelesen werden. Zur Prüfung der Anwendbarkeit des Schemas wurden Beispiele der Beschreibung verschiedener Bauobjekte entwickelt. Diese Beispiele sind auf o.g. Homepage angegeben
Das Aufwindkraftwerk ist eine thermo- hydrodynamische Maschine zur Elektroenergiegewinnung, bestehend aus einem Treibhaus, einem Kamin und einer oder mehreren Turbinen. In dieser Studie wurden numerische Ergebnisse zum thermischen Strömungsverhalten in einem Aufwindkraftwerk unter der Berücksichtigung der Teilmodelle Erdboden, Kollektor, Atmosphäre, Umlenkung, Kamin und Turbine erhaltenden. Hierzu wurden die stationären Grundgleichungen der Thermofluiddynamik auf strukturierten, körperangepassten und rotationssymmetrischen Gittern unter Beachtung aller Rand- und Kopplungsbedingungen numerisch mit dem finite Volumenverfahren gelöst. Besonderes Augenmerk wurde dabei auf die Kalibrierung des Modells im Ruhezustand, auf die numerische Simulation, auf den Einfluss der Strahlung, auf die Betrachtung der Turbine, auf das Dichtemodell sowie auf den turbulenten Strömungszustand gelegt. Die erhaltenen Ergebnisse werden durch Approximationen 2. Ordnung, Gitterunabhängigkeit und durch einen sehr geringen Abbruchfehler charakterisiert. Für 4 verschiedene Einstrahlungen wurden die Verläufe von Temperatur und Geschwindigkeit im Aufwindkraftwerk erhalten. Zusätzlich sind für Vergleichszwecke der Massenstrom, der Temperaturhub, die Leistung an der Turbine und der Wirkungsgrad der Anlage bestimmt wurden. Aufbauend auf den Berechnungen in dieser Arbeit und den numerischen und analytischen Berechnungen in [1] können nun erweiterte Parameterstudien und instationäre Simulationen zum Aufwindkraftwerk durchgeführt werden.
An einem Teil der Topologie architektonischer Räume, dem Volumenadjazenzgraphen (VAG), wird gezeigt wie topologisches Modellieren Anwendungen der Bauplanung integrieren kann. Dazu wird ein Prototyp vorgestellt, der im wesentlichen aus drei Komponenten besteht: Mit dem Anforderungsmanager werden Anforderungen eigegeben, die formal gut handhabbar sind. Mit dem Topologiemanager werden diese Anforderungen mit gezeichneten Räumen kombiniert. Die topologischen Relationen in den Zeichnungen werden mit den entsprechenden Mitteln des GIS berechnet und in eine Datenbank exportiert. Der Anforderungsprüfer vergleicht dann die Anforderungsdaten, die mit Hilfe des Anforderungsmanagers erzeugt wurden, mit den Topologiedaten. Dieser Ansatz soll zeigen, wie topologische Modelle eine Formalisierung semantisch hochstehender Informationen ermöglichen, indem sie als Eigenschaften von Graphen dargestellt werden
Toplogical Houses
(2003)
Many properties of houses are of topological nature. The problem of three-dimensional encoding is solved here by first giving an axiomatic description of a simplified concept of >house< as a certain generalisation of a cw-complex and, secondly, by generalising local observation structures of embedded unconnected planar graphs to the three-dimensional case and proving that they allow retrieving all topological properties of these simplified houses. In the more general case of an architectural complex (a certain generalisation of a >house<) still much topolgical information is kept in these structures still making them a useful approach to encoding topological spaces. Finally, a lossless representation of observation structures in a relational database scheme which we call PLAV (Points, Lines, Areas, Volumes) is given. We expect PLAV to be useful for encoding higher dimensional (architectural) space-time complexes.
Die Lage oder der Standort eines Bauwerkes ist zweifellos charakteristisch mit diesem verbunden. Die räumliche Einordnung eines exponierten architektonischen Werkes, die Erschließung eines Gebäudes im innerstädtischen Umfeld oder die Verwaltung eines Bestands ist im Bauwesen oder der Architektur immer visuell. Die Interaktion mit Zeichnungen, die Orientierung anhand eines Lageplans oder die Dokumentation mit Fotos sind nur einige Beispiele. Die wirtschaftliche Optimierung unter Nutzung solcher Daten und deren nachfolgende Visualisierung soll hier mittels geeigneter Systeme gezeigt werden. Aber auch die Bewertung durch und Interaktion mit dem Benutzer unterstützt werden. So soll dieser Artikel beispielhaft den Transport und Verkehr fokussieren. Mathematik Graphen und Netze formen dabei Modelle zur Optimierung der zugrundeliegenden Logistikprozesse: Die Baustoffbedarfsplanung mit Bestellwesen, (Ab-)Transport und Lieferung von Material, Tourenzusammenstellung oder Standortauswahl. Informatik Weiterhin wird deren softwaretechnische Umsetzung und Einordung in begleitende Projekte der >Mathematischen Optimierung< vorgestellt.
The paper is about model based parameter identification and damage localization of elastomechanical systems using input and output measurements in the frequency domain. An adaptation of the Projective Input Residual Method to subsystem damage identification is presented. For this purpose the projected residuals were adapted with respect to a given subsystem to be analysed. Based on the gradients of these projected subsystem residuals a damage indicator was introduced which is sensitive to parameter changes and structural damages in this subsystem. Since the computations are done w.r.t. the smaller dimension of a subsystem this indicator shows a computational performance gain compared to the non-subsystem approach. This gain in efficiency makes the indicator applicable in online-monitoring and online-damage-diagnosis where continuous and fast data processing is required. The presented application of the indicator to a gantry robot could illustrate the ability of the indicator to indicate and locate real damage of a complex structure. Since in civil engineering applications the system input is often unknown, further investigations will focus on the output-only case since the generalization of the presented methods to this case will broaden its application spectrum.
The construction industry is suffering form the existence of isolated islands of software applications and bottle neck solutions. The idea of an integrated virtual database that consists of separated platforms, representing various disciplines, depending on the web technology is envisaged to solve the problem of integration. This paper is about the production and use of OIPs (Object Information Packs) as a part of the construction material product in the form of XML files that include all the technical and commercial data of the product, which might be needed by any discipline in its overall life cycle. This object information pack is neutral and independent of any software application. It is assumed to fit in a building product model at the IFC (resource layer). An example of brick - wall aggregation process is used to demonstrate the capability of the technology and the ability of non computer science experts to use it.
Werden bei der Tragwerksauslegung Schnittgrößenumlagerungen infolge Plastizierungen zugelassen, dann ist die Lastintensität durch die Einhaltung von entsprechenden Grenzzustandskriterien, passend zum physikalisch nichtlinearen Tragverhalten, zu begrenzen. Für Tragwerke, die von mehreren unabhängig voneinander, wiederholt und in beliebiger Reihenfolge auftretenden Lasten beansprucht werden, stellt die adaptive Grenzlast (Einspiellast), ausgedrückt durch den adaptiven Grenzlastfaktor, ein geeignetes Grenzzustandskriterium dar. Bedingt durch zufällige Systemeigenschaften und zeitlich zufälliges Lastverhalten stellt der adaptive Grenzlastfaktor eine Zufallsgröße dar. Für die Bestimmung des stochastischen adaptiven Grenzlastfaktors und der Versagenswahrscheinlichkeit gegenüber dem Grenzzustand der Adaption für einen Zeitraum [0,T] werden die mathematische Optimierung (mechanische Problemlösung) und die Monte-Carlo-Simulation (stochastische Problemlösung) herangezogen, wobei eine Überführung von zeitvarianten Lastmodellen in äquivalente zeitinvariante Lastmodelle erforderlich wird. Am Beispiel eines eingespannten Stahlbetonrahmens wird untersucht, wie sich eine unterschiedliche stochastische Modellbildung des Tragwerks und eine unterschiedliche Vorgehensweise bei der Überlagerung von Extremwerten der Belastung auf die Beurteilung der Versagenswahrscheinlichkeit des Tragwerks für verschiedene Lebensdauern auswirken. Im Ergebnis dieser Untersuchungen zeigt sich, dass sich die Versagenswahrscheinlichkeit signifikant erhöht, wenn stochastische Tragwerkseigenschaften in Ansatz gebracht werden. Die größte Bedeutung besitzt dabei die Zufälligkeit der Zugfestigkeit der Bewehrung. Alle anderen Zufallsgrößen beeinflussen die Versagenswahrscheinlichkeit nur in ihrer Gesamtheit, einzeln betrachtet sind sie nahezu bedeutungslos. Es stellt sich weiterhin heraus, dass eine vereinfachte Überlagerung der Last-Extremwerte zu einer deutlichen Überschätzung der Versagenswahrscheinlichkeit führt und somit als konservatives Modell zu bewerten ist.
In der heutigen Informationsgesellschaft sind alle Geschäftsprozesse in einem Unternehmen geprägt durch die Verwendung der vorhandenen Informations- und Kommunikationstechnologien. Diese haben zur Folge, dass Unternehmen mit einer wahren Flut an Informationen konfrontiert werden, die von extern und intern in das Unternehmen eingetragen wurden. Die erfolgreiche Beherrschung dieser Informationsflut bildet die Basis für das effektive Arbeiten im Unternehmen. Grundvoraussetzung hierfür ist vor allem ein harmonisches Zusammenspiel zwischen Mensch ↔ Organisation ↔ Technik. Dokumentenmanagementsysteme haben sich zur Aufgabe gemacht, den Anwender bei der technologischen Bewältigung dieser Aufgabenstellung zu unterstützen. Der hier vorgestellte Artikel zeigt die Probleme auf, die während der Umsetzung eines Dokumentenmanagementsystems auftreten können und konzentriert sich dabei besonders auf Kleinen und Mittleren Unternehmen (KMU) im Bauwesen. Charakteristisch für diese ist die Schwäche die eigenen Unternehmensstrukturen betriebswirtschaftlich aufzubereiten, woraus später bei einer technologischen Umsetzung schwerwiegende Probleme resultieren. Genau an diesem Punkt setzt der vorgestellte Artikel an und versucht den Zusammenhang zwischen Organisation und Technik herauszuarbeiten, um darauf aufsetzend einen allgemeingültigen Ansatz für die Umsetzung eines Dokumentenmanagementsystems zu liefern.
In this paper a meshless component is presented, which internally uses the common meshless interpolation technique >Moving Least Squares<. In contrast to usual meshless integration schemes like the cell quadrature and the nodal integration in this study integration zones with triangular geometry spanned by three nodes are used for 2D analysis. The boundary of the structure is defined by boundary nodes, which are similar to finite element nodes. By using the neighborhood relations of the integration zones an efficient search algorithm to detected the nodes in the influence of the integration points was developed. The components are directly coupled with finite elements by using a penalty method. An widely accepted model to describe the fracture behavior of concrete is the >Fictitious Crack Model< which is applied in this study, which differentiates between micro cracks and macro cracks, with and without force transmission over the crack surface, respectively. In this study the crack surface is discretized by node pairs in form of a polygon, which is part of the boundary. To apply the >Fictitious Crack Model< finite interface elements are included between the crack surface nodes. The determination of the maximum principal strain at the crack tip is done by introducing an influence area around the singularity. On a practical example it is shown that the included elements improve the model by the transmission of the surface forces during monotonic loading and by the representation of the contact forces of closed cracks during reverse loading.
Die Bauwerksüberwachung gewinnt aus sicherheitstechnischen sowie aus wirtschaftlichen Gründen zunehmend an Bedeutung. Nicht nur die Bauwerkssicherheit kann durch leistungsfähige Monitoring-Systeme angemessen beurteilt, auch die Nutzungsdauer bestehender Bauwerke kann durch die gewonnenen Informationen deutlich verlängert werden. Das vorliegende Papier beschreibt die Entwicklung eines webbasierten Talsperren-Monitoring-Systems, das die automatisierte Erfassung von Daten vor Ort sowie die computergestützte Aufbereitung und Analyse der gesammelten Messdaten ermöglicht. Das Monitoring-System ist durch seinen modularen Aufbau nicht auf die Talsperren-Überwachung beschränkt, sondern kann ohne großen Aufwand an andere Überwachungsaufgaben angepasst werden. Das System besteht aus drei wesentlichen Modulen: (i) einer erweiterbaren Klassenbibliothek, die die Steuerung der im Bauwerk installierten Messelektronik ermöglicht, (ii) einem webbasierten Datenerfassungsmodul, das neben der automatischen Datenerfassung eine Fernsteuerung der Messelektronik erlaubt und Funktionen zur Verwaltung der Überwachungsaufgaben bereitstellt, sowie (iii) einem webbasierten Visualisierungs- und Auswertungsmodul zur Aufbereitung und Analyse der gesammelten Daten. Alle an der Überwachung beteiligten Mitarbeiter können mit einem üblichen Web-Browser über das Internet auf das entwickelte System zugreifen; ein Zugriff mittels Mobiltelefon ist alternativ möglich. Das implementierte Talsperren-Monitoring-System begleitet die beteiligten Fachleute von der Erfassung der Daten vor Ort bis hin zur Aufbereitung und Analyse der Messdaten an zentraler Stelle: Die Mitarbeiter werden durch einen einfachen Zugriff auf die installierte Messelektronik, automatisierte Messungen und umfangreiche Analysefunktionalitäten bei ihren spezifischen Aufgaben unterstützt. Der bisherige manuelle Arbeitsaufwand für Datenerfassung, -transfer und Analyse wird somit deutlich reduziert.
Die Methode der Finiten Elemente ist ein numerisches Verfahren zur Interpolation vorgegebener Werte und zur numerischen Approximation von Lösungen stationärer oder instationärer partieller Differentialgleichungen bzw. Systemen partieller Differentialgleichungen. Grundlage dieser Verfahren ist die Formulierung geeigneter Finiter Elemente und Finiter Element Zerlegungen. Finite Elemente besitzen in der Regel eine geometrische Basis bestehend aus Strecken im eindimensionalen, Drei- oder Vierecken im zweidimensionalen und Tetra- oder Hexaedern im dreidimensionalen euklidischen Raum, eine Menge von Freiheitsgraden und eine Basis von Funktionen. Die geometrische Basis eines Finiten Elements wird verallgemeinert als geometrische Zelle formuliert. Diese geschlossene geometrische Formulierung führt zu einer geometrieunabhängigen Definition der Basisfunktionen eines Finiten Elements in den Zellkoordinaten der geometrischen Zelle. Finite Elemente auf der Basis geometrischer Zellen werden als Bestandteile Finiter Element Zerlegungen in Finiten Element Interpolationen und Finiten Element Approximationen verwendet. Die Finiten Element Approximationen werden am Beispiel der 2-dimensionalen Diffusionsgleichung über das Standard-Galerkin-Verfahren ermittelt.
Hydro- und morphodynamischen Prozesse in Binnengewässern und im Küstennahbereich erzeugen hochkomplexe Phänomene. Zur Beurteilung der Entwicklung von Küstenzohnen, von Flussbetten sowie von Eingriffen des Menschen in Form von Schutzbauwerken sind geeignete numerische Modellwerkzeuge notwendig. Es wird ein holistischer Modellansatz zur Approximation gekoppelter Seegangs-, Strömungs- und Morphodynamischer Prozesse auf der Basis stabilisierter Finiter Elemente vorgestellt. Der Großteil der Modellgleichungen der Hydro- und Morphodynamik sind Transportgleichungen. Dem Transportcharakter dieser Gleichungen entsprechend wird ein stabilisiertes Finites Element Verfahren auf Dreiecken vorgestellt. Die vorgestellte Approximation entspricht einem streamline upwinding Petrov-Galerkin-Verfahrens für vektorwertige mehrdimensionale Probleme, bei dem der Fehler eines Standard-Galerkin-Verfahrens mit Hilfe eines Upwinding-Koeffizienten minimiert wird. Die Wahl des Upwinding-Koeffizienten ist übertragbar auf andere Problemklassen und basiert ausschließlich auf dem Charakter der zugrundeliegene Das Modell wurde für Seegangs- und Strömungs-Untersuchungen im Jade-Weser-Ästuar an der deutschen Nordseeküste eingesetzt.
Die Verfügbarkeit und die sichere Beherrschung moderner und kostengünstiger Informations- und Kommunikationstechnologien gestattet es auch kleinen unternehmerischen Einheiten im Bauwesen sich in betriebsübergreifenden Netzwerken zu organisieren und sich besser in die Wertschöpfungskette am Bau zu integrieren. In sogenannten >Virtuellen Organisationen< (VO) können diese für die Volkswirtschaft wichtigen Unternehmen ihre Wettbewerbsvorteile wie höhere Flexibilität, schnelle Reaktion auf Kundenwünsche und Marktnähe nutzen und somit ihr langfristiges Bestehen in einem liberalen Wettbewerb auf einem erweiterten EU-Markt sichern und ausbauen. Die derzeit existierenden Hindernisse im Informationsfluss zwischen Baustelle und Büro können durch den Einsatz mobiler, funkvernetzter Endgeräte, wie beispielsweise >Smart-Phones<, und einer neu zu gestaltenden Infrastruktur zum Wissensmanagement und zur kontextsensitiven Informationsdarstellung abgebaut werden. Im Rahmen dieser Veröffentlichung werden konzeptionelle Ansätze eines integrierten Informationsmanagements zur Unterstützung von VO, die im Rahmen des BMBF-Projektes >IuK-System Bau< derzeit entwickelt werden, vorgestellt.
In der vorliegenden Arbeit geht es um die Anwendung von biorthogonalen Waveletsystemen in der Parameteridentifikation. Es sollen Grundlagen geschaffen werden, um bei der Auswertung dynamischer Experimente derartige Wavelets und damit die schnelle Wavelet-Transformation (FWT) systematisch und effektiv zu nutzen. Zu diesem Zweck wird von den Waveletfiltern ein System von Verbindungskoeffizienten abgeleitet. Mit deren Hilfe erfolgen die Projektionen von Operatoren, insbesondere die von Differentiations- und Integrationsoperatoren, in die entsprechenden Wavelet-Räume. Sämtliche Verbindungskoeffizienten können rekursiv und in endlich vielen Schritten exakt berechnet werden. Ausgehend von den dynamischen Krafteinwirkungen und den gemessenen Reaktionsbeschleunigungen oder Reaktionsgeschwindigkeiten bezüglich der einzelnen Freiheitsgrade können dann unbekannte Steifigkeiten und Dämpfungen identifiziert werden. Dazu erfolgt nach entsprechenden Wavelet-Zerlegungen aller relevanten Zeitsignale ein Abgleich auf den einzelnen Frequenzbändern. Dieser führt insbesondere zu einem System von linearen Matrizengleichungen zur Bestimmung der unbekannten Parameter. Vorgeschlagen wird im Falle einer größeren Zahl von Freiheitsgraden und Parametern, ein mehrstufiges Optimierungsverfahren anzuwenden. Gegenüber Identifikationsverfahren im Zeitbereich werden aufwendige numerische Quadraturverfahren und die daraus resultierenden Fehlerquellen und Stabilitätsprobleme vermieden. Gegenüber Verfahren im Frequenzbereich, die ausschließlich mit Hilfe der FFT formuliert werden, sind Störungen in den Randspektren besser beherrschbar und eliminierbar. Außerdem werden mit einem FWT-Verfahren einfachere Denoising-Algorithmen anwendbar. Letztendlich wird im Vergleich zu einem FFT-Verfahren ein späterer Übergang zur Identifikation nichtlinearer MDOF-Systeme methodisch erleichtert.
Plausibilität im Planungsprozess - Digitale Planungshilfen für die Bebaubarkeit von Grundstücken
(2003)
Die digitale Unterstützung der Planungsprozesse ist ein aktueller Forschungs- und Arbeitsschwerpunkt der Professur Informatik in der Architektur (InfAR) und der Juniorprofessur Architekturinformatik der Fakultät Architektur an der Bauhaus-Universität Weimar. Verankert in dem DFG Sonderforschungsbereich 524 >Werkzeuge und Konstruktionen für die Revitalisierung von Bauwerken< werden Konzepte und Prototypen für eine fachlich orientierte Planungsunterstützung entwickelt. Die Vielfalt der unterschiedlichen Faktoren, die Einfluss auf den Planungsprozess nehmen können, sowie deren Abhängigkeiten voneinander werden von heutigen Planungssystemen in nur unzureichender Weise aufbereitet und verwaltet. Diese Faktoren bedingen Planungstools, deren Aufgabe die Beschaffung, Verarbeitung, Integration und Verwaltung von Informationen sowie die Veranschaulichung der komplexen Informationszusammenhänge ist. Die Entwicklung solcher Systeme ist technisch möglich. Die Schwierigkeit liegt in der Beschaffung und Strukturierung der für den Planungsprozess relevanten Informationen sowie in ihrer Aufbereitung und Integration in eine digitale Planungsumgebung. Das Bestreben des Forschungsprojektes ist es, Grundlagen für digitale Werkzeuge zu entwickeln die zu plausiblen Lösungen im Planungsprozess und somit zu erhöhter Planungssicherheit für die am Bau beteiligten Auftragnehmer und Auftraggeber führen. Es wird angestrebt Programm-Module zu entwickeln, die den Planer bei der Ermittlung von Lösungswegen zu einer Fachfrage inhaltlich unterstützen und die Nachvollziehbarkeit und Richtigkeit einer Planungsentscheidung gewährleisten und plausibel darlegen. Mit Hilfe der Module sollen Entscheidungsfindungen katalysiert werden. Die Bauvorhaben der Zukunft werden zu einem großen Teil im Bestand liegen. Dieses Faktum erfordert planerische Maßnahmen, für die vollends Werkzeuge und Hilfsmittel fehlen, die zu plausiblen und sicheren Planungsentscheidungen führen. Die Entwicklung solcher Hilfsmittel ist Ziel dieser Forschung. Der Beitrag stellt prototypische Software-Module vor, die sich mit der Problematik der potenziellen Bebaubarkeit einer Grundstücksfläche auseinander setzen. Die Module verarbeiten Regeln, die den einschlägigen Normen und Verordnungen entnommen sind, die bei der Erarbeitung einer Planungslösung eingehalten werden müssen.
The failure mechanisms of textile reinforced concrete (TRC), which is a composite of bundles of long fibers and fine concrete, are complex. Most important for the ductility is the successive debonding of the fibers from the surrounding matrix when the brittle matrix is cracking. Therefore, one of the main issues is the simulation of the bond behavior between the reinforcement and the matrix. By introducing a hierarchical material model for TRC the mechanical behavior is simulated by means of representative volume elements modelled on the meso scale. Finite element analysis is used to determine the effective properties of TRC within a periodic homogenization framework. Further, a multiscale finite element technique is suggested, where constitutive equation are formulated only on the meso level.