TY - CONF A1 - Kinne, Marko A1 - Schneider, Ronald A1 - Thöns, Sebastian T1 - Reconstructing Stress Resultants in Wind Turbine Towers Based on Strain Measurements N2 - Support structures of offshore wind turbines are subject to cyclic stresses generated by different time-variant random loadings such as wind, waves, and currents in combinationwith the excitation by the rotor. In the design phase, the cyclic demand on wind turbine support structure is calculated and forecasted with semi or fully probabilistic engineering models. In some cases, additional cyclic stresses may be induced by construction deviations, unbalanced rotor masses and structural dynamic phenomena such as, for example, the Sommerfeld effect. Both, the significant uncertainties in the design and a validation of absence of unforeseen adverse dynamic phenomena necessitate the employment of measurement Systems on the support structures. The quality of the measurements of the cyclic demand on the support structures depends on (a) the precision of the measurement System consisting of sensors, amplifier and data normalization and (b) algorithms for analyzing and converting data to structural health information. This paper presents the probabilistic modelling and analysis of uncertainties in strain measurements performed for the purposes of reconstructing stress resultants in wind turbine towers. It is shown how the uncertainties in the strain measurements affect the uncertainty in the individual components of the reconstructed forces and moments. The analysis identifies the components of the vector of stress resultants that can be reconstructed with sufficient precision. T2 - International Conference on Uncertainty in Mechanical Engineering - ICUME CY - Online meeting DA - 07.06.2021 KW - Reconstruction of stress resultants KW - Strain measurements KW - Bayesian updating of measurement uncertainties PY - 2021 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-527987 DO - https://doi.org/10.1007/978-3-030-77256-7_18 SP - 224 EP - 235 PB - Springer AN - OPUS4-52798 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Kinne, Marko A1 - Farhan, Muhammad A1 - Schneider, Ronald A1 - Thöns, Sebastian T1 - Influence of the structural integrity management on the levelized cost of energy of offshore wind: a parametric sensitivity analysis N2 - The levelized cost of energy (LCoE) is an important measure to quantify the macro-economic efficiency of an offshore wind farm and to enable a quantitative comparison with other types of energy production. The costs of the structural integrity management - which is required to ensure an adequate lifetime reliability of the turbine support structures - are part of the operational expenditures of an offshore wind farm. An optimization of the structural integrity management may reduce the operational expenditures and consequently the LCoE. However, the effect of the structural integrity management on the LCoE is hardly known. To investigate this effect, this paper presents a sensitivity analysis of the LCoE of a generic offshore wind farm. The probabilistic models of the parameters influencing the LCoE are based on a literature study including an explicit model for the structural integrity management. The analysis reveals that LCoE may potentially be reduced if an optimization of the structural integrity management enables a service life extension. T2 - International Probabilistic Workshop 2022 CY - Stellenbosch, South Africa DA - 08.09.2022 KW - Structural integrity management KW - Levelized cost of energy KW - Sensitivity analysis PY - 2022 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-572724 DO - https://doi.org/10.14311/APP.2022.36.0090 VL - 36 SP - 90 EP - 98 PB - Acta Polytechnica CTU Proceedings AN - OPUS4-57272 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Schneider, Ronald T1 - Impulsvortrag: Ermüdungslebensdauerbewertung mittels Informationen aus Monitoring und Inspektionen N2 - Kontext: Ermüdungsbeanspruchte Tragstrukturen von Windenergieanlagen, Bestimmung der Ermüdungsbeanspruchungen und -zuverlässigkeit auf der Grundlage von Simulationen aus dem Design unter Berücksichtigung von Modellunsicherheiten, Aktualisierung der Ermüdungsbeanspruchungen und -zuverlässigkeit auf der Grundlage von globalen Monitoring- und lokalen Inspektionsinformationen aus dem Betrieb unter Berücksichtigung von Modell- und Messunsicherheiten T2 - 3. Verbundtreffen ReNEW CY - Berlin, Germany DA - 05.09.2024 KW - Modellunsicherheiten KW - Windenergie KW - Ermüdungslebensdauer KW - Tragstrukturen KW - Monitoring KW - Inspektionen PY - 2024 AN - OPUS4-61427 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - GEN A1 - Frei, Vivian A1 - Pirskawetz, Stephan A1 - Thiele, Marc A1 - Rogge, Andreas T1 - Ermüdungsverhalten von Beton für unterschiedliche Probekörpergeometrien N2 - Die zunehmende Anwendung hochfesten Betons in ermüdungsbelasteten Bauwerken, herausfordernde Belastungsszenarien im Bereich von On- und Offshore Windenergieanlagen bezüglich sehr hoher Lastwechselzahlen sowie das gleichzeitige Streben nach energie- und ressourcenschonendem Bauen stellen die Bemessung von Beton gegen Ermüdung vor neue Aufgaben. Eine Vielzahl von Studien beschreibt bereits die Auswirkung von Einflussfaktoren wie Mischungszusammensetzung, Feuchte, Probekörpergröße oder Belastungsart auf die Ermüdungsfestigkeit und den Ermüdungsprozess. Aufgrund der unterschiedlichen Geometrien und Mischungen der in den verschiedenen Studien verwendeten Proben sind die Auswirkungen der Einflussfaktoren jedoch kaum miteinander vergleichbar. In dem vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) geförderten Verbundprojekt WinConFat wurden deshalb verschiedene Einflussfaktoren gezielt an Proben mit einheitlichen Mischungen untersucht. Das durch die Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) bearbeitete Teilprojekt fokussierte sich auf den „Einfluss der Probengeometrie und -größe auf die Ermüdung von Beton“. Neben der Erhebung von Daten zur Ermüdungsfestigkeit wurde der Ermüdungsprozess mit zerstörungsfreien Prüf- und Messmethoden untersucht. Diese Prüfmethoden wurden auch hinsichtlich ihrer Anwendbarkeit zur Erfassung der ermüdungsbedingten Schädigungsentwicklung an Betonbauwerken im Rahmen von Monitoringkonzepten bewertet. Untersucht wurden die Ermüdungsfestigkeiten und der Ermüdungsprozess an Zylindern mit drei unterschiedlichen Betonmischungen sowie unterschiedlicher Größe und Schlankheit. Die Ergebnisse dieser Untersuchungen werden im Folgenden vorgestellt und diskutiert. KW - Ermüdung KW - Hochfester Beton KW - Probengröße KW - Probengeometrie PY - 2024 VL - 644 SP - 1 EP - 135 PB - Beuth CY - Berlin AN - OPUS4-59647 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF ED - Rogge, Andreas ED - Meng, Birgit T1 - 11. Jahrestagung des DAfStb mit 63. Forschungskolloquium der BAM - Beiträge zum 63. Forschungskolloquium Green Intelligent Building am 16. und 17. Oktober 2024 N2 - Zentrale gesellschaftliche Herausforderungen der kommenden Jahrzehnte sind der Klima- und Ressourcenschutz, insbesondere mit der Zielsetzung einer erheblichen Reduktion der Treibhausgasemissionen. Hierbei kommt dem Bauen eine besondere Bedeutung zu. Nach Angaben des UN Environment Programme ist der Bausektor für ca. 37 % der weltweiten CO2-Emissionen verantwortlich, wobei allein die Zementherstellung etwa 8 % der jährlichen Gesamtemissionen verursacht. Da in vielen Industriesektoren in naher Zukunft deutlich verminderte CO2-Emissionen zu erwarten sind, wird sich ohne schnelle und effiziente Entwicklungen der prozentuale Anteil der Zementherstellung an den Gesamtemissionen zukünftig noch deutlich erhöhen. Auch hinsichtlich des Ressourcenbedarfs im Bausektor steht die Weltgemeinschaft vor gewaltigen Herausforderungen, da der globale Trend zur Urbanisierung in Verbindung mit dem Bevölkerungswachstum in vielen Regionen eine dramatische Fortsetzung findet. Nach UN-Schätzungen werden im Jahr 2030 ca. 60 % aller Menschen in Städten leben. Schätzungen gehen davon aus, dass neben den heutigen Megastädten neue Zentren bisher unbekannten Ausmaßes insbesondere auf dem afrikanischen Kontinent entstehen werden (z. B. Lagos: 88 Mio. Einwohner, Kinshasa: 83 Mio., Daressalam: 74 Mio.). Die geografische Lage und die klimatischen Bedingungen bestimmen die Anforderungen und Probleme. Neben dem Neubau, der vor allem zentrales Thema in den aufstrebenden Zentren des globalen Südens sein wird, spielt auch das Bauen im Bestand im globalen Norden eine zentrale Rolle vor dem Hintergrund der Erreichung der Klima- und Nachhaltigkeitsziele. Bauwerke, z. B. als Wohnraum oder als bauliche Infrastruktur für Produktions-, Mobilitäts- und Konsumprozesse, haben seit Generationen eine zentrale Bedeutung bei der Sicherung elementarer Bedürfnisse der Menschen. Am Beispiel Deutschland lässt sich feststellen, dass aufgrund der Vielzahl und Größe der Gebäude die Bauwirtschaft der größte Verursacher von Stoffströmen ist. Neben den umgesetzten Materialmengen und benötigten Energieressourcen stammen zusätzlich auch nahezu 50 % des deutschen Reststoffaufkommens aus dem Baubereich. Das Bauwesen und die hier verwendeten Bauprodukte weisen sowohl unter materialtechnischer als auch mengenmäßiger Betrachtung ein weitgehend nicht ausgeschöpftes Potential bei der Verwendung rezyklierter Baustoffe und zusätzlich vorhandener, bisher ungenutzter industrieller Reststoffe als hochwertige Ersatzbaustoffe auf. Die zunehmenden Klimawandelfolgen fördern das gesellschaftliche Bewusstsein für die Auswirkungen anthropogener Aktivitäten auf unsere Umwelt und die regulierenden Eigenschaften der Natur. Naturbasierte und biomimetische Lösungen wie z. B. neue Möglichkeiten der Begrünung von Gebäudehüllen oder die gezielte Verbesserung der Wasserdurchlässigkeit versiegelter städtischer Flächen können das Stadtklima deutlich verbessern und die Resilienz gegenüber Extremwetterereignissen erhöhen. Auch wenn zukünftig vermehrt nachwachsende und rezyklierte Stoffe Eingang in die Bauprozesse finden werden, wird aus heutiger Sicht ein großer Teil der Materialen und Bauteile weiterhin zementbasiert, d. h. aus Beton oder Mörtel, sein. Diese Notwendigkeit ergibt sich aus der Kombination der vielfältigen günstigen Merkmale wie Form- und Gestaltbarkeit, Langlebigkeit, Robustheit, Flexibilität, Schallschutz, Wärmespeicherung, Nichtbrennbarkeit und der Umweltverträglichkeit. Hieraus ergibt sich die zwingende Notwendigkeit, die mit der Herstellung und der Verwendung von Beton und Mörtel bzw. ihrer Ausgangsstoffe verbundenen CO2-Emissionen idealerweise auf null zu senken. Hierzu werden von Wissenschaft und Industrie bereits seit Jahrzehnten erhebliche Anstrengungen unternommen, jedoch findet der Wandel hin zu nachhaltigeren Baustoffen und Bautechniken in der Praxis nur schleppend statt. Die Ursachen hierfür sind vielfältig, und dementsprechend kann eine signifikante Senkung der CO2-Emissionen durch den Bausektor nur erreicht werden, wenn eine Vielzahl von Strategien und Ansätzen untersucht und nach einer validen Bewertung und Evaluationsphase umgesetzt werden. Eine singuläre, allumfassende Lösung der adressierten Klimaschutz- und Nachhaltigkeitsfragen im Bausektor kann und wird es nicht geben. Vielmehr ist die Entwicklung breit gefächerter Baukästen diverser, bauaufsichtlich geregelter Lösungsansätze insbesondere auf den Gebieten klimaschonender Baustoffe, Ressourcenschonung und angepasster bzw. innovativer Technologien erforderlich. Die Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) verfügt über mehr als 150 Jahre Erfahrung mit Bau- und Werkstoffen aller Art mit einem Schwerpunkt auf sicherheits- und dauerhaftigkeitsrelevanten Fragestellungen. Die generelle Festlegung der Forschungsthemen wird im Rahmen dieser grundlegenden Aufgabenstellung regelmäßig überprüft und auf die gesellschaftlich relevanten Fragestellungen ausgerichtet. Neben einer vorrangig anwendungsorientierten Forschung legen wir Wert darauf, unsere im Forschungsbereich erzielten Ergebnisse durch Technologietransfer und Mitwirkung in Standardisierung und Normung in die praktische Anwendung zu überführen. Die mittelfristige Festlegung unserer Forschungsschwerpunkte erfolgt in enger Abstimmung mit allen Interessengruppen. Im stark fragmentierten Bausektor mit ca. 80% Umsatzanteil kleinerer und mittlerer Unternehmen (KMU) sowie kleinteilig gegliederter Prozessketten mit wirtschaftlich voneinander unabhängigen Beteiligten (Planer, Baustoffhersteller, Bauunternehmer, Handwerker) sind dies vorrangig Forschungs- und Industrieverbände sowie Regelsetzungsgremien auf nationaler und internationaler Ebene. Die Umsetzung dieser Umfeldbetrachtungen in konkrete Aktivitäten erfolgt in BAM-internen, bereichsübergreifenden Strategieworkshops. In diesen wird auch die Anbindung der Material- und Technologiethemen an angrenzende Themenbereiche wie z. B. Fire Science, Additive Fertigung oder Leichtbau sichergestellt. Speziell auf dem Gebiet der Betonbauweisen haben wir auf diese Weise Forschungsschwerpunkte festgelegt, in welchen wir uns auf Basis unserer speziellen Kompetenzen eine besonders große Hebelwirkung unserer Ergebnisse auf die übergreifenden gesellschaftlichen Bedarfe versprechen. Somit liegt unser Fokus entsprechend unserer materialwissenschaftlichen Grundausrichtung auf dem Einsatz klimaschonender Materialen und Verarbeitungsprozesse, den Fragen der Ressourcenschonung, der Dauerhaftigkeit und Kreislaufwirtschaft und auf den technologischen Innovationen zum sicheren und produktiven Einsatz der Materialien. Unsere diesbezüglichen Forschungs- und Entwicklungsthemen haben wir zusammengefasst unter der Überschrift Green Intelligent Building. Für kurz- bis mittelfristig umsetzbare CO2-Einsparungen untersuchen wir, wie durch thermische Behandlung (Calcinierung) von Tonen Zementkomponenten mit ausreichend hoher Reaktivität hergestellt werden können. Da potenziell geeignete Tone weltweit in sehr großer Menge zur Verfügung stehen, können insbesondere solche calcinierten Tone einen nennenswerten Beitrag zur Senkung der CO2-Emissionen leisten. Darüber hinaus werden an der BAM verschiedene industrielle Reststoffe und biogene Aschen hinsichtlich ihrer Eignung als Zementkomponenten analysiert. Mit unserer Forschung wollen wir relevant zum übergreifenden Ziel der Bundesregierung hinsichtlich eines klimaneutralen Gebäudesektors bis zum Jahr 2045 beitragen. Langfristig können die mit der Bindemittelherstellung verbundenen CO2-Emissionen am stärksten gesenkt werden, indem Bindemittel ohne Portlandzementklinker („alternative Zemente“) verwendet werden. Zu diesen gehören u. a. Calciumsulfoaluminatzemente, Magnesiabinder sowie alkalisch aktivierte Bindemittel. Einige dieser Bindemittel lassen sich potenziell CO2-neutral oder nahezu CO2-neutral herstellen. An der BAM werden insbesondere alkalisch aktivierte Bindemittel untersucht, wobei neben der CO2-armen Herstellung auch die hervorragende technische Eignung in bestimmten Einsatzgebieten, wie z. B. in Reparaturmaterialien für Abwassersysteme, sowie der Einsatz als Stabilisator für Lehmbaustoffe im Fokus steht. Ein weiteres aktuelles Arbeitsfeld mit potenziell großem CO2-Einsparpotential ist der Einsatz von Biokohle als Zusatzstoff in Beton. Auf dem Gebiet des ressourcenschonenden Bauens forschen wir entsprechend unserem übergeordneten Auftrag „Sicherheit in Technik und Chemie“ insbesondere an der Wiederverwertung von Materialen mit konkreten Anforderungen an die Zuverlässigkeit, Dauerhaftigkeit und Umweltverträglichkeit. Im Hinblick auf die wesentlichen Massenströme arbeiten wir an sicheren Technologien für mineralische Bindemittel sowie sekundäre Gesteinskörnungen für Mörtel und Beton. Hierbei werden neben der umweltschonenden Wiederverwendung von Massenreststoffen auch wertvolle Ressourcen aus industriellen Reststoffströmen extrahiert und in neuen Baustoffen zielgerichtet eingesetzt wie z. B. Gipsabfälle, EOS- und LD-Schlacken, Papierasche oder biobasierte Reststoffe. Hieraus werden neue klimafreundliche Baustoffe, Gesteinskörnungen, Bindemittelsysteme, Zusatzstoffe und Zusatzmittel entwickelt und analysiert. Es geht um die stoffliche Bewertung und Weiterentwicklung dauerhafter, umweltsicherer und klimafreundlicher Baustoffe, wozu auch die Erforschung von Herstellungsstrategien, Schädigungsmechanismen und die Entwicklung von Performancekonzepten gehört. Zusammen mit Industrie- und Forschungspartnern werden gegenwärtig und zukünftig Forschungsprojekte, die zur Ressourcenschonung und Einsparung von CO2-Emissionen im Bauwesen beitragen, bearbeitet. Weitere Arbeiten zielen darauf ab, die Kreislaufwirtschaft durch digitale Innovationen, den Einsatz von KI und die Entwicklung digitaler Produktpässe zu fördern. Über die Mitarbeit in nationalen und internationalen Gremien bei der Normung und Regelsetzung in den Bereichen Kreislaufwirtschaft und für verschiedene Bauprodukte fördern wir den Wissenstransfer zwischen Forschung und Industrie. Eine weitere Strategie zur Verbesserung der Ressourceneffizienz und der Minimierung der Umweltwirkungen der Bauwirtschaft bietet die Entwicklung innovativer Technologien und Bauteile. An der BAM wird insbesondere an der additiven Fertigung (3D-Druck) mineralischer Baustoffe, der Anwendung hochwiderstandsfähiger Instandsetzungssysteme, dem Einsatz innovativer Materialien in funktionalen Fassaden und digitalen Verfahren zur Prozessoptimierung geforscht. Ein Beitrag zum klimaschonenden Bauen wird dabei sowohl durch neue Möglichkeiten des Designs, verbunden mit Materialeinsparungen oder der intelligenten Integration weiterer Funktionalitäten erreicht als auch durch eine erhöhte Dauerhaftigkeit der Materialien verbunden mit einer Lebensdauerverlängerung der Bauwerke. Die BAM beschäftigt sich mit der Optimierung unterschiedlicher additiver Fertigungsverfahren sowohl der Pulverbett- als auch der Extrusionstechnologie. Dabei steht die ganzheitliche Betrachtung des neuen Fertigungsprozesses im Fokus, die die Entwicklung klimaschonender Druckmaterialien, die gezielte Optimierung der rheologischen Eigenschaften von mineralischen Baustoffsystemen, die kontinuierliche Prozessüberwachung mittels In-Situ-Monitoring, die Prozesssteuerung durch digitale Modelle sowie die abschließende Qualitätskontrolle vereint. Durch die ganzheitliche Betrachtung des Fertigungsprozesses werden zentrale Grundlagen geschaffen, um für die großtechnische Anwendung zukünftige Normen und Standards für den 3D-Betondruck zu erarbeiten und der Industrie bereitzustellen. Digitale modell- und/oder datenbasierte Methoden spielen grundsätzlich eine entscheide Rolle bei der Optimierung von Prozessen und Strukturen. Sie ermöglichen eine virtuelle Produktentwicklung von baustoff- oder strukturoptimierten Bauteilen sowie Prozessen und tragen damit wesentlich zur Steigerung der Ressourceneffizienz bei. Die Grundlage bilden Modelle, die das Material-, Struktur- oder Prozessverhalten abhängig von bestimmten Parametern (zum Beispiel Zeit, Temperatur, Zusammensetzung, Belastung) vorhersagen. Basierend auf gemessenen Daten werden die Modelle kontinuierlich verbessert, so dass ein virtueller Zwilling entsteht. Neben der Entwicklung solcher Zwillinge für unterschiedliche Anwendungen werden an der BAM Methoden entwickelt, die zusätzlich die Unsicherheiten sowohl in den Messdaten als auch im Modell berücksichtigen und eine Bewertung der Prognosequalität der Zwillinge erlauben. Dies schafft die Grundlage zur Verwendung in Standards und Normen. T2 - 11. Jahrestagung des DAfStb mit 63. Forschungskolloquium der BAM Green Intelligent Building CY - Berlin, Germany DA - 16.10.2024 KW - Beton KW - Green Intelligent Building KW - Klimafreundliche Bindemittel KW - Chemie der Bindemittel KW - Ressourcenschonung KW - Innovative Technologien KW - Digitalisierung im Bauwesen KW - Bauteile KW - Bauwerke PY - 2024 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-613383 SN - 978-3-9818564-7-7 DO - https://doi.org/10.26272/opus4-61338 SP - 1 EP - 301 PB - Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) CY - Berlin AN - OPUS4-61338 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER -