624 Ingenieurbau
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Experimental Validation of Dynamic Response of Small-Scale Metaconcrete Beams at Resonance Vibration
(2023)
Structures and their components experience substantially large vibration amplitudes at resonance, which can cause their failure. The scope of this study is the utilization of silicone-coated steel balls in concrete as damping aggregates to suppress the resonance vibration. The heavy steel cores oscillate with a frequency close to the resonance frequency of the structure. Due to the phase difference between the vibrations of the cores and the structure, the cores counteract the vibration of the structure. The core-coating inclusions are randomly distributed in concrete similar to standard aggregates. This mixture is referred to as metaconcrete. The main goal of this work is to validate the ability of the inclusions to suppress mechanical vibration through laboratory experiments. For this purpose, two small-scale metaconcrete beams were cast and tested. In a free vibration test, the metaconcrete beams exhibited a larger damping ratio compared to a similar beam cast from conventional concrete. The vibration amplitudes of the metaconcrete beams at resonance were measured with a frequency sweep test. In comparison with the conventional concrete beam, both metaconcrete beams demonstrated smaller vibration amplitudes. Both experiments verified an improvement in the dynamic response of the metaconcrete beams at resonance vibration.
Experimental testing of nailed connections taken from old roof trusses is presented in this paper. To enable the further use and preservation of nailed roof trusses, it is important to understand how the nail corrosion and aging processes of steel and wood affect the load-bearing capacity and deformation behaviour of such structures. The hypothesis was investigated whether corroded nails allow an increase in load-bearing capacity. Several old and new joints were tested in a first test series, and the results were very promising regarding the initial assumption. However, more tests must be carried out to verify the results.
Resonance vibration of structures is an unpleasant incident that can be conventionally avoided by using a Tuned Mass Damper (TMD). The scope of this paper contains the utilization of engineered inclusions in concrete as damping aggregates to suppress resonance vibration similar to a TMD. The inclusions are composed of a stainless-steel core with a spherical shape coated with silicone. This configuration has been the subject of several studies and it is best known as Metaconcrete. This paper presents the procedure of a free vibration test conducted with two small-scaled concrete beams. The beams exhibited a higher damping ratio after the core-coating element was secured to them. Subsequently, two meso-models of small-scaled beams were created: one representing conventional concrete and the other representing concrete with the core-coating inclusions. The frequency response curves of the models were obtained. The change in the response peak verified the ability of the inclusions to suppress the resonance vibration. This study concludes that the core-coating inclusions can be utilized in concrete as damping aggregates.
Die Tragfähigkeit von Nägeln und Nagelverbindungen im Holzbau war lange Zeit ausschließlich über Tabellen, die auf experimentellen Untersuchungen basierten, geregelt. In den letzten 100 Jahren untersuchten unterschiedliche Forscher das Last-Verformungsverhalten dieser Verbindungen und entwickelten Modelle, mit denen auf Grundlage von analytischen Gleichungen die Tragfähigkeit und das Verformungsverhalten von Nägeln berechnet werden kann. Die zunächst in Not- und Sparkonstruktion eingesetzten Nägel werden heutzutage vor allem bei Tafelelementen verwendet. Im Bestand finden sich aber auch zahlreiche, teils weit gespannte Fachwerkkonstruktionen. In dem folgenden Beitrag werden die Erforschung und Entwicklung der Tragfähigkeit sowie des Verformungsverhaltens von genagelten Verbindungen detailliert und strukturiert erläutert. Die zugehörigen Meilensteine werden genauer betrachtet. Über unterschiedliche Methoden für die Bestimmung der Tragfähigkeit sowie mechanische Phänomene, die erst nach und nach entdeckt wurden, können in der aktuellen Normung sehr individuelle Verbindungen nachgewiesen und deren Verhalten beschrieben werden. Tabellen und Grafiken verdeutlichen die einzelnen Meilensteine der geschichtlichen Entwicklung und vergleichen konkret die normativen Regelungen seit Beginn der Einführung des Nagels in den Ingenieurholzbau in Deutschland. Hierbei kann gezeigt werden, dass einige Definitionen seit 1933 bis heute noch ihre Gültigkeit behalten.
Der Nagel als tragendes Holzverbindungsmittel ist heute gut bekannt. Doch noch vor 100 Jahren war das anders: sein statisch konstruktiver Gebrauch war verboten. Das änderte sich mit Beginn dessen Erforschung Ende der 1920er Jahre. Seit 1933 ist der Nagel Bestandteil der deutschen Regelwerke und findet seitdem breite Verwendung. Über weite Teile des 20. Jahrhunderts diente er in Not- und Sparkonstruktionen wie Brett- und Bohlenbindern als hocheffizientes Verbindungsmittel der Wahl. Diese materialsparenden Tragwerke waren bei der periodisch im-mer wiederkehrenden Ressourcenknappheit sehr gefragt und sind ein wichtiger Bestandteil der Konstruktionsgeschichte des Holzbaus. In dem folgenden Beitrag wird die Erforschung des Na-geltragverhaltens und die einhergehende fortlaufende Normierung behandelt. Die Errungen-schaften einzelner Forschungsvorhaben werden vorgestellt. Anhand eines Zeitstrahls werden Zusammenhänge zwischen Forschung und Normung gezeigt. Tabellen und Grafiken verdeutli-chen die Änderungen innerhalb der Normen von der ersten DIN 1052 im Jahr 1933 über die erste eigenständige Holzbaunorm in der DDR, der TGL 112-0730, aus 1963 bis zur DIN 1052- 1988. Dabei wird immer Bezug zum derzeitigen Entwurf des Eurocode 5 genommen. Allgemein zeigt sich, dass ein Großteil der heutigen Kenntnisse immer noch auf die Grundlagenforschung der 1930er Jahre zurückgeht.
Materialsparende Holzkonstruktionen, die insbesondere während der Kriegs- und Nachkriegszeit im 20. Jahrhundert entwickelt und optimiert wurden, erlangen aktuell aus konstruktionshistorischer Sicht, aber auch aus ökonomischer Sicht erneut Interesse. Der vorliegende Beitrag gibt einen Überblick angefangen von den ersten Konstruktionen Ende der 1920er Jahre bis hin zu Typenbindern der DDR, die noch bis 1990 über Landwirtschaftsbauten errichtet wurden und heute oft als Tragkonstruktionen für Photovoltaikanlagen weiterverwendet werden. Der Fokus liegt auf der chronologischen Vorstellung ausgewählter Konstruktionsweisen für Hallen- und Hausdächer unterschieden nach Fachwerk- und Vollwandbindern. Sowohl die verantwortlichen Ingenieure und deren Herkunft, sowie wesentliche Anwendungsfelder und Beispielbauten kommen in der Überblicksdarstellung zur Sprache. Eine wesentliche Erkenntnis ist die im Betrachtungszeitraum 1930 bis 1990 zu verzeichnende Reduzierung einer Vielzahl genagelter Spar- hin zu Typenkonstruktionen, die im wesentlichen äußerst materialeffiziente Fachwerkbinder für Satteldächer hervorbrachte.