FG Stahl- und Holzbau
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Geometric Properties of Steel Components with Stability and Fatigue Risks Using 3D-Laser-Scanning
(2024)
Nowadays, 3D laser scanning technology is extensively employed in laboratory investigations of steel structural components, providing accurate geometric dimensions to reduce uncertainties caused by indeterminate geometry in experimental results. It is often used in conjunction with the Finite Element (FE) Method and analytical solutions, which are more accurate deterministic operators in the research on steel structures. However, establishing a common methodological framework for transferring or mapping 3D-scanned information into finite element models for complex steel structures with stability and fatigue risks remains an ongoing task. In light of this, this study has developed a 3D scanning platform capable of obtaining accurate geometric dimensions for various types of steel components. Different coordinate systems and point cloud mapping algorithms have been established for different types of components to construct actual finite element models with initial imperfections. The feasibility of the self-developed 3D scanning platform and finite element modelling has been validated through three experimental cases: weld details, steel girders, and cylindrical shells. The research findings demonstrate that the captured point cloud can be automatically processed and corrected using the developed algorithm. The scanned data can then be input into the numerical model using various mapping algorithms tailored to the specific geometric properties of the specimens. The differences between the experimental test results and the simulated results obtained from the 3D-scanned finite element models remain within a small range. The self-developed 3D scanning platform and finite element modelling technique effectively capture the actual dimensions of different steel components, enabling the prediction of their stability and fatigue risks through numerical simulations.
Die nicht ausdrücklich definierte Schnittstelle zwischen Kran (Maschinenbau) und Kranbahnträger (Bauwesen) führte in der Vergangenheit immer wieder zu Missverständnissen in der Praxis in Hinblick auf die Bemessung geklemmter Kranschienen mit Fußflansch (Form A). Von den Kranherstellern wird lediglich die Kontaktpressung zwischen dem Laufrad des Krans und der Schienenoberfläche nach EN 13001-3-3 nachgewiesen. Die Bemessung der Kranschiene selbst wird nicht durch die Vorschriften des Kranbaus geregelt. Auf der anderen Seite ist eine Bemessung geklemmter Kranschienen, die neben zweiachsiger Biegung auch Torsion infolge exzentrischer Lasteinleitung erfahren, bislang aufgrund fehlender Bemessungsregeln nicht ohne Weiteres nach EN 1993-6 möglich. Dieser Beitrag stellt den derzeitigen Stand der für den Normentwurf prEN 1993-6 entwickelten Bemessungsregeln vor und präsentiert Vergleiche mit realitätsnahen numerischen Untersuchungen. Darüber hinaus wird ein verbessertes Berechnungsmodell für die Längsspannungen aus zentrischer Radlast vorgestellt, das im Vergleich zum Normentwurf das tatsächliche Tragverhalten deutlich besser abbildet. Außerdem wird ein Bemessungsvorschlag für einen Ermüdungsnachweis formuliert.
Anwenderfreundlichere Regelungen zu den Einwirkungen aus Kranbetrieb im Norm-Entwurf prEN 1991-3
(2023)
Die Ergebnisse aus drei Traglastversuchen und einer umfangreichen numerischen Parameterstudie (FE-Berechnungen) zum Tragverhalten von Wellstegträgern mit quadratischen Stegöffnungen werden vorgestellt. Es werden versteifte Stegöffnungen mit einem umlaufenden Versteifungskranz betrachtet. In der Parameterstudie werden die Einflüsse der Stegöffnungsgeometrie, der Trägergeometrie und der Position der Stegöffnung auf die Querkrafttragfähigkeit der Wellstegträger untersucht.
Innovative Klebstoffe ermöglichen das zuverlässige und dauerhafte Fügen von natürlichen Baustoffen wie Holz und Holzwerkstoffen mit leistungsfähigen kohlefaserverstärkten Kunststoffen (CFK) zu neuartigen Verbundwerkstoffen. Dadurch eröffnen sich neue Einsatzmöglichkeiten für eine nachhaltige Holzbauweise, die in den letzten Jahren mit Blick auf die Nachhaltigkeitsziele Deutschlands vor allem im Wohnungs- und Geschossbau verstärkt vorangetrieben wird.
Developed numerical Analysis of Residual Stress caused by Welding and Cutting in Steel Structures
(2023)
The welding and flame‐cutting process in the steel construction are commonly used, especially for the bridge structure. Some experiments about welding and cutting have been done separately by some researchers. The results from the experiments were also compared with the results from the numerical simulation under 3D or 2D models. The agreements between those results are as good as they predicted. Therefore, the numerical simulation is a better way to analyze the quality of the steel construction after welding and cutting without time‐consuming and a large amount of cost. But there are only a few research about the numerical simulation and the some of them are aimed to verify the experiments. In this study, the calculation about the residual stresses after welding and thermo‐cutting are considered from 3D‐model into 2D‐Model. The heat source model is simply regarded as curves of time and welding energy with the algorithm methods. And no matter the change of the parameters of the model and the heat source, the heat transfer and the residual stresses can be calculated with the 2D models as fast as possible. By the means of the finite element software Abaqus, the I‐profiles are easy to receive the job results with the input parameters. The influence of the welding and cutting process are visual and direct.