620 Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
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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.