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Die Forderung, für repräsentative Bauwerke wie Botschaften und Flughäfen auch außergewöhnliche Lasten aus Explosion zu berücksichtigen, wurde in jüngerer Vergangenheit zunehmend gestellt. Das aufgrund dieser Lasten zu erwartende Schadensausmaß kann durch den Einsatz von energiedissipierenden Schutzbauteilen in der Fassadenbefestigung begrenzt werden. Die Dissipation der Explosionsenergie in den Schutzbauteilen kann beispielsweise über ein Crashmaterial erfolgen. In diesem Aufsatz werden Untersuchungen an zementgebundenen Materialien, die diesem Zweck dienen sollen, vorgestellt. Der Einfluss unterschiedlicher Zusätze auf die für ein Crashmaterial maßgebenden Eigenschaften wird in einer Parameterstudie untersucht. Als besonders geeignet wird ein Material identifiziert, bei dem die Zugabe eines Gasbildners das Matrixgefüge im Hinblick auf das gewünschte Kraft-Verformungs-Verhalten positiv verändert. Dynamische Versuche mit diesem Material geben Aufschluss über dessen Komprimierungsverhalten bei hohen Stauchraten.-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
In the past few years public awareness of the need to protect structures against blast effects has risen. Energy dissipating protective components placed at the façade connectors allow protecting people in the building as well as the primary building structure from damage due to blast loads. One possibility to dissipate the blast energy is using protective components with crash material. This paper presents tests on cementitious crash materials studying the effect of different additives to the compression-behavior of the material. Additional experiments enable analyzing the material behavior under static and dynamic test conditions.
Windeinwirkungen auf Freileitungen wurden in der Vergangenheit meist an exponierten Standorten bestimmt. In einem Langzeitversuch wurden seit 2012 an einer mit moderner Messtechnik ausgerüsteten 380-kV-Leitung der 50 Hertz Transmission GmbH, die im nicht besonders exponierten Gelände verläuft und somit den Leitungen im Netz entspricht, die Windgeschwindigkeiten entlang der Leiter und deren Auswirkungen auf die Stützpunkte gemessen. Die Messungen und die begleitenden Auswertungen bestätigen die heute verwendeten normativen Vorgaben für die Windwirkung auf die Leiter von Freileitungen, soweit dies in der relativ kurzen Zeit von fünf Jahren möglich ist.
Die Beanspruchung von Freileitungen erfolgt hauptsächlich durch Naturlasten. Dabei spielt für die bemessungsbestimmenden Lastfälle häufig der Wind eine entscheidende Rolle. Die Leiter, die mehrere hundert Meter weit spannen, tragen einen wesentlichen Anteil zur Gesamtbeanspruchung von Tragmasten bei, die wiederum Eigengewicht und Windlasten der Leiter zwischen zwei Abspannmasten abtragen. Wenn die Reaktion der Seile auf Starkwindereignisse abgeschätzt werden soll, müssen sowohl geometrische Nichtlinearitäten durch die großen Verformungen wie auch aerodynamische Nichtlinearitäten berücksichtigt werden. Insbesondere für die Anwendung und Berücksichtigung in Bemessungsvorschriften werden hierfür Vereinfachungen vorgenommen. In diesem Beitrag wird eine umfassende Untersuchung vorgestellt, über Naturmessungen, FEM-Simulationen kombiniert mit Windkanalversuchen und generierten Windzeitreihen. Ziel ist es, existierende Bemessungsvorschriften im Hinblick auf die Abschätzung der Beanspruchung aus Wind auf Leiter zu validieren. Hierbei sind insbesondere die Turbulenzannahmen und das dynamische Verhalten von weitgespannten Leitern wichtig, um die Extremschnittgrößen zu beschreiben. Mithilfe von so genannten Spannweitenfaktoren sollen die relevanten Parameter, wie Spannweite und Windturbulenz, bei der Beanspruchungsabschätzung berücksichtigt werden.
The paper focuses on a unique project of wind measurements along a high voltage Overhead transmission line. For reliable information on the horizontal distribution of the wind flow, 13 positions along two spans of an overhead electrical line of about 400 m length each are selected for wind velocity measurements. Simultaneously, the structural response is measured at the towers. Preliminary analyses aim at the appraisal of results what is important for the upcoming system identification. It is shown that system identification of long span transmission lines exposed to gusty wind is possible by derivation of a so called joint acceptance function which describes the admittance from wind velocity to the systems response.
The paper focuses on a recently launched project of wind measurements along a high voltage overhead transmission line. For reliable information on the actual horizontal distribution of the wind flow, 13 positions along two spans of an overhead electrical line of about 400 m length each are selected for wind measurements. Simultaneously, the structural response is measured at the towers. Preliminary analyses aim at the system identification of long span transmission lines exposed to gusty wind by derivation of a so called joint acceptance function which describes the admittance from wind velocity to the system's response. It can be shown that measured structural response can accurately be described using a statistical model which accounts for the irregularity of the wind as well as the structures behaviour.
Bridge retrofitting of a section of the Berlin subway which is designed as railway on steel viaduct is presented. Fatigue damage in the superstructure of the over 70-years-old viaduct made an investigation of the damage causes necessary prior to the planning of retrofitting measures. The damage specifically occurred at the inverted arched steel plates of the ballast support elements. Those plates were provided for carrying the track ballast as well as the traffic load. For the retrofitting, the inverted arched plates were unloaded. The superstructure was redesigned into a fixed track system, which is able to transfer the traffic load directly into the substructure. The new rail fastening system made it necessary to verify the structural integrity of single elements as well as of the main system of the existing viaduct. The verification was based on several experimental investigations at BAM laboratory and on-site. Based on the evaluation of all test results the operation license could be issued.
Beim Schweißen wird durch die induzierte Kerbschärfe und die Eigenspannungen die Gefahr eines Sprödbruchs erhöht. Aufgrund der verringerten Zähigkeitseigenschaften von alten Flussstählen im Vergleich zu heutigen Baustählen ist daher eine Bewertung der Sprödbruchgefahr von Flussstählen nach dem Schweißen erforderlich. Für eine Bewertung auf bruchmechanischem Niveau wird der Spannungsintensitätsfaktor auf der Beanspruchungsseite mit der Bruchzähigkeit auf der Widerstandsseite verglichen. Für einen Großteil der früher verbauten Bleche bis 11 mm Dicke kann gezeigt werden, dass kein Sprödbruch zu erwarten ist. Darüber hinaus werden für größere Blechdicken Daten aufbereitet, die auf Basis der tatsächlich vorliegenden Materialbeanspruchbarkeiten und rechnerisch ermittelten Beanspruchungen eine Bewertung ermöglichen.
Welding of existing steel structures - brittle fracture behaviour of welded mild steel.
Welding processes cause notch effects and residual stresses. Therefore the risk of brittle fracture grows. In comparison with modern steels, old mild steels have a lower ductility. So it is necessary to evaluate brittle fracture behaviour of mild steel after welding. This evaluation is done by means of fracture mechanics parameters. The results show that for plate thicknesses of mild steel up to 11 mm there is no risk of brittle fracture. For higher plate thicknesses a procedure to evaluate brittle fracture behaviour is described taking the actual state of stress and actual material properties into consideration.
Beim Schweißen wird durch die induzierte Kerbschärfe und die Eigenspannungen die Gefahr eines Sprödbruchs erhöht. Aufgrund der verringerten Zähigkeitseigenschaften von alten Flussstählen im Vergleich zu heutigen Baustählen ist daher eine Bewertung der Sprödbruchgefahr von Flussstählen nach dem Schweißen erforderlich. Für eine Bewertung auf bruchmechanischem Niveau wird der Spannungsintensitätsfaktor auf der Beanspruchungsseite mit der Bruchzähigkeit auf der Widerstandsseite verglichen. Für einen Großteil der früher verbauten Bleche bis 11 mm Dicke kann gezeigt werden, dass kein Sprödbruch zu erwarten ist. Darüber hinaus werden für größere Blechdicken Daten aufbereitet, die auf Basis der tatsächlich vorliegenden Materialbeanspruchbarkeiten und rechnerisch ermittelten Beanspruchungen eine Bewertung ermöglichen.
Welding of existing steel structures - brittle fracture behaviour of welded mild steel.
Welding processes cause notch effects and residual stresses. Therefore the risk of brittle fracture grows. In comparison with modern steels, old mild steels have a lower ductility. So it is necessary to evaluate brittle fracture behaviour of mild steel after welding. This evaluation is done by means of fracture mechanics parameters. The results show that for plate thicknesses of mild steel up to 11 mm there is no risk of brittle fracture. For higher plate thicknesses a procedure to evaluate brittle fracture behaviour is described taking the actual state of stress and actual material properties into consideration.
Für die Sanierung und Ertüchtigung bestehender, vorwiegend nicht ruhend beanspruchter Stahltragwerke mittels Schweißen ist bei der ingenieurmäßigen Bemessung neu eingebrachter Schweißverbindungen der Nachweis der Betriebsfestigkeit zu führen. Um für die Restlebensdauerermittlung den Anteil der vergangenen ermüdungsrelevanten Belastung abschätzen zu können, wurden experimentelle Untersuchungen durchgeführt. Hierbei erfolgte u.a. die Einprägung einer definierten Vorbelastung in einen äußerlich ungekerbten Grundwerkstoff, anschließend die Kerbung und die Ermüdungsbeanspruchung der Probe bis zum Bruch. Dieses Vorgehen repräsentiert einen bereits vorbelasteten Altstahl, an dem nachträglich eine Reparatur durchgeführt wurde. Aus den Ergebnissen lässt sich ableiten, dass die aufgebrachten Vorbelastungen in der Regel keinen signifikanten Einfluss auf die erreichbare Lebensdauer ausüben, wenn eine Oberflächenbearbeitung durchgeführt und ein ausreichender Einbrand gewährleistet wird. Dies bedeutet, dass die eingeprägte Vorgeschichte bestehender Konstruktionen beim Nachweis der Betriebsfestigkeit von neu eingebrachten Schweißkerbdetails vernachlässigt werden kann.
Welding of existing steel structures - Effect of prior load cycles.
When existing structures under fatigue load are to be strengthened or refurbished by welded joints fatigue assessment is required for new welds. For the analysis of existing structures or determining of their remaining fatigue life, experimental investigations were carried out in order to estimate the effect of prior load cycles on the material. Mild steel specimens were preloaded cyclically, then surface treatment was applied and a notch representative for a real weld of a structure was introduced. The results of fatigue tests were compared with fatigue tests on similar non-preloaded specimens. It has been found that there is no significant effect of prior load cycles if the surface is treated prior to welding and enough fusion penetration depth is given. Therefore, fatigue assessment of new welds on old materials does not need to take into account prior load cycles.
Risslumineszenz ist eine neue Erfindung, mit der Ermüdungsrisse unter laufendem Betrieb ohne weiteres Zutun leicht detektiert werden können, indem sie leuchten. Die Bedeutung liegt in der allgemeinen Problematik ermüdungsbeanspruchter Konstruktionen. Risse begrenzen ihre Lebensdauer. Das betrifft zum Beispiel Verkehrsinfrastrukturbauwerke oder allgemein Tragwerke unter nicht ruhender Beanspruchung, auch Maschinen, Baufahrzeuge, Kräne, Zentrifugen und Schiffe. Bei dem Risslumineszenzverfahren leuchten die Risse unter UVLicht.
Overhead transmission line cables under wind gust loading - measurements and numerical simulations
(2014)
Overhead transmission lines with conductor cables spanning over a few hundred meters are highly
sensitive to the action of wind. Particularly wind acting on the cables signifies a major load on the
suspension towers. In order to identify critical loading parameters and the load-response
mechanism of those structures, measurements are carried out along a high voltage overhead
transmission line capturing the acting wind field as well as the structural response of the cables. A
finite element model of the structure is built and used to simulate the system's response. A method
is presented which allows generating a complete wind field for all the models nodes
incorporating measured wind velocities and estimated parameters of the acting wind. The full
scale measurements of both action and reaction will be compared to the numerical results.
Overhead transmission lines are very sensitive structures in regards to wind action. The cables, spanning over a few hundred meters contribute in particular to the overall action on the suspension towers. These slender structures incorporate both structural nonlinearities from the large deformation of the cables and aerodynamic nonlinearities which need to be accounted for when it is to estimate the system response to strong wind events. In this work, a finite element procedure is presented to model an existing power line section using nonlinear cable elements. The wind force is assumed quasi-steady with force coefficients determined in wind tunnel test on a conductor section. Further, aerodynamic damping is incorporated by considering the relative velocity between cable nodes and oncoming wind flow. The results are compared with on-site measurements of the cables support reaction. The results show a significant effect of damping since almost no resonant amplification is visible both in observation and simulation. In addition, wind tunnel tests approved aerodynamic damping to be large for the system of sagging cables, but nonlinear in its nature. It is concluded, that the dynamic response of overhead transmission line cables has to be modeled with care, considering all sources of nonlinearities. That is of particular interest in case of random excitation such as wind because the peak response depends on the probability distribution of the system's response.
MOSYTRAF-Monitoringsystem zur Tragverhaltensstudie von Freileitungsseilen unter Böenbeanspruchung
(2014)
MOSYTRAF - Monitoringsystem zur Tragverhaltensstudie von Freileitungen unter Böenbeanspruchung
(2011)
MOSYTRAF - Monitoringsystem zur Tragverhaltensstudie von Freileitungen unter Böenbeanspruchung
(2014)
Im Rahmen des Forschungsvorhabens MOSYTRAF (Monitoringsystem zur Tragverhaltensstudie von Freileitungen unter Böenbeanspruchung)
werden seit Ende 2011 kontinuierlich Windgeschwindigkeiten entlang eines insgesamt 800 m langen Freileitungsabschnitts gemessen. Gleichzeitig wird die resultierende Windkraft aus Wind auf Leiterseile an den Isolatoren erfasst. Dadurch soll der Zusammenhang zwischen Einwirkung und Bauwerksreaktion möglichst zuverlässig ermittelt werden. Dabei ist besonderes Augenmerk auf die kurzzeitigen
Windgeschwindigkeitsspitzen, die Böen gerichtet. Diese erfassen anders als die konstante mittlere Windgeschwindigkeit, nicht die gesamte Länge des Freileitungsabschnitts, sondern nur einen eingeschränkten Bereich. Aus diesem Grund erfolgen die Windmessungen an insgesamt 13 Stellen entlang des Abschnitts und geben ein fein aufgelöstes Bild des Windfeldes. In dem Beitrag werden Messergebnisse beispielhaft präsentiert und einige Plausibilitätskontrollen vorgestellt, da dies einen unerlässlichen Schritt bei Naturmessungen darstellt. Ausgehend von einem Übersichtsdiagramm der bisherigen Messergebnisse wird die Aufgabenstellung und die Zielsetzung der Messkampagne erörtert.
Abgespannte Stahlrohrmaste zur Rundfunkübertragung wurden in den 1950er- und 60er-Jahren häufig mit Paralleldrahtbündeln errichtet. Diese Seile werden seit geraumer Zeit wegen Korrosionsschäden sukzessive gegen vollverschlossene Spiralseile ausgetauscht. Infolge der damit einhergehenden Veränderung der Steifigkeiten ist mit dem Austausch oft eine Neuberechnung erforderlich. Unter Berücksichtigung der aktuellen Normen können nicht immer alle Nachweise erfüllt werden, selbst wenn das Bauwerk weitgehend noch intakt erscheint. Rohrschaftsanierungen sind extrem aufwändig und können den wirtschaftlichen Totalschaden darstellen, d. h., dem Bauwerk droht Abriss und Neubau. Für die Sanierung des 231 m hohen abgespannten Stahlrohrmastes am Standort Berlin Scholzplatz wurden minimalinvasive Materialuntersuchungen vorgenommen, basierend auf In-situ- und Labortests. In den statistischen Auswertungen konnte belegt werden, dass gegenüber den Angaben der Bauwerksdokumentation höhere Festigkeiten vorlagen. Durch präzise Lastannahmen und für das Bauwerk optimierte Seilvorspannungen konnten aufwändige Verstärkungsmaßnahmen des Rohrschaftes vermieden werden.
This paper presents a finite element model of an overhead transmission line using so called cable elements which allow reproducing the cable's nonlinear characteristics accurately employing only a few elements. Aerodynamic damping is considered in the equation of motion by taking into account the relative velocity between the flow of the wind and the moving structure. The wind flow itself is simulated by wave superposition making necessary assumptions on the lateral correlation between the wind velocities along the cable length. As result from the simulation, the following conclusions can be drawn. The first natural frequency of generally used wide spanning cables lies well below 1 Hz where also most of the energy content of the wind excitation is to be expected. Aerodynamic damping is significant for the moving cables holding very low structural damping which leads to a suppression of resonant amplification. This is particularly of interest regarding the support reaction which is dominated by the mean value and the so called background response. The latter is mostly influenced by the randomness of the wind flow, especially lateral to the main wind direction.
End of November 2005 strong south-west wind and heavy snowfall were predominant in the region Münsterland, north-western part of Germany. This led to accretion of a considerable quantity of wet snow to overhead electrical lines in form of snow rolls on the conductors. Eighty-two transmission towers failed catastrophically, most of them by buckling, however some by brittle fracture. As a consequence nearly 250,000 people have been cut off from electrical power supply for several days with major media attention.
This paper describes the forensic analysis in order to investigate the failure cause. Therefore extensive materials investigations, mechanical testing of original components and specimens thereof, estimations for the real wind and snow loads and their combinations, structural analyses as well as detailed evaluations on the basis of previous investigations, literature and regulations were conducted. It was revealed that some of the examined components were manufactured from Thomas steel which was partially in embrittled condition. The investigated towers fulfilled the design codes valid at the time of erection. However the present line loads of the wet snow rolls on the conductors exceeded by far the ones given in the design codes valid at that time.
The load case leading to failure was reconstructed by the derived positions of loads mainly caused by unequal and asymmetric distribution of snow rolls on left and right electrical system. The loads and corresponding stresses acting on the structure before failure were estimated. By comparison with the fracture forces from mechanical testing of original members of the collapsed tower the component that primarily failed was localised. The primary fracture occurred on a diagonal member under tension made of Thomas steel which was weakened by embrittlement. The failure cause was a combination of heavy weather conditions (storm, approx. 0 °C and wet snowfall leading to heavy snow rolls on conductors), asymmetric loading conditions and the usage of Thomas steel which was partially embrittled. Finally, recommendations for avoiding future failures are given.
Ertüchtigungsmaßnahmen an bestehenden Stahltragwerken unter Berücksichtigung der Schweißtechnik
(2007)
In Vorbereitung auf das Schweißen alter Baustähle erfolgt eine differenzierte Betrachtung der in der Zeit von 1860 bis 1940 verbauten Stähle hinsichtlich prinzipieller Schweißeignung. Für den Puddelstahl konnte aufgrund der unregelmäßig verteilten lamellaren Schlackeneinschlüsse keine prinzipielle Schweißeignung festgestellt werden. Dagegen weist der Flußstahl in ausgewählten Bereichen des Profilquerschnitts, den Speckschichten, eine prinzipielle Schweißeignung auf. Die Speckschichtdicken sind Streuungen unterworfen. Um trotzdem Aussagen über deren geometrische Ausdehnung treffen zu können, wurden Streuung verursachende Einflußfaktoren - insbesondere die Stahl- und die Halbzeugherstellung - untersucht. Anhand von Messungen an Querschnitten wurden Speckschichtdicken und deren Streuungen ermittelt.
Basierend auf den Speckschichtdicken ist eine Anpassung des gewählten Lichtbogenhandschweißverfahrens in Hinblick auf die Einbrandtiefe erforderlich. Hierfür wurden gesonderte Laborversuche durchgeführt, um praxisgerechte Schweißparameter zu entwickeln.
Zur Untersuchung der Eignung einer solchen Schweißverbindung für nicht ruhende Beanspruchungen wurden Ermüdungsversuche an geschweißten Flußstahlproben durchgeführt. Die ermittelten Bruchlastwechselzahlen sind bei gleicher Kerbgrundbeanspruchung und Bauteilform denen heutiger Baustähle ähnlich. Damit wurde gezeigt, daß eine erfolgreiche Schweißung an Flußstählen prinzipiell möglich ist.
Translated Abstract
In a first step a classified consideration of steel from 1860 to 1940 is performed in order to check the weld ability in principle. It was not possible to make a general statement on weldability for wrought iron frequently due to irregularly distributed lamellar slag inclusions. Mild steel, however, has been found to be weldable in selected areas of the profile cross-section, i.e. in the rim outside the segregation zone. The rim outside the segregation zone to be subject to distribution. In order to evaluate the distribution of the rim outside the segregation zone those parameters were investigated, which affected the scattering of the distribution highly. By means of measurements on sections segregation zone and their scatter were determined.
Due to the thickness of the rim outside the segregation zone, the selected manual arc welding method had to be adjusted in view of the depth of fusion penetration. Penetration values have been determined as a function of energy applied per unit length in laboratory tests. Based on a comparison between available thickness of the rim outside the segregation zone and the depth of fusion penetration values, the maximum energy input has been specified in view of a practical implementation.
To analyse the feasibility of such a weld joint for cyclic loads, fatigue tests have been carried out on welded mild steel specimens. The results of number of cycles to failure are similar to those of current structural steel with the same notch base load and building component form. This has indicated that a successful welding of mild steel is possible.
Im Rahmen des Forschungsprojekts „FIT“ wurden Ermüdungsfestigkeitsuntersuchungen an geschweißten Konstruktionsdetails, die häufig in Gründungsstrukturen von OffshoreWindenergieanlagen (OWEA), aber auch im Stahlbrückenbau eingesetzt werden, durchgeführt. Der Schwerpunkt der Untersuchungen wurde auf einseitig geschweißte Kreishohlprofile (KHP) gelegt. Für einseitig stumpfgeschweißte Kreishohlprofile wurden die derzeitigen auf unzureichender Versuchsbasis erstellten Kerbfalleinstufungen geltender Regelwerke überprüft. Hierzu wurden umfangreiche experimentelle Untersuchungen zur Ermüdungsfestigkeit dieses Details durchgeführt. Die den Ermüdungswiderstand maßgeblich beeinflussenden Parameter, wie vorhandene geometrische Imperfektionen und Schweißnahtausbildung, wurden identifiziert, bewertet und deren Einfluss im Rahmen numerischer Berechnungen untersucht. Basierend auf diesen Ergebnissen wurde eine Kerbfallempfehlung erarbeitet, die eine zutreffende Lebensdauerabschätzung ermöglicht. Diese Kerbfallempfehlung soll als Grundlage für die zukünftige Aufnahme in Normen und Regelwerke dienen.
Energiedissipierende Fassadenverankerung mit Crashmaterial für explosionsbeanspruchte Gebäude
(2014)
Wenn repräsentative Bauwerke wie Botschaften und Flughäfen außergewöhnlichen Lasten aus Explosion ausgesetzt sind, dann kann das Ausmaß des zu erwartenden Schadens aus einer solchen Belastung durch den Einsatz von energiedissipierenden Schutzbauteilen in der Fassadenverankerung begrenzt werden. Bisher ist über das Tragverhalten solcher Schutzbauteile wenig bekannt. In diesem Aufsatz werden Konstruktion und Wirkungsweise einer Verankerung für vorgehängte Fassaden vorgestellt, die in der Lage sind, einen Teil der Stoßenergie über Verformung eines Crashmaterials zu dissipieren. Versuche an einer bauteilähnlichen Konstruktion liefern Informationen über das Tragverhalten der Fassadenverankerung, insbesondere bei dynamischen Belastungen. Aus den Ergebnissen wird ein Konzept für die Vordimensionierung der vorgestellten Schutzbauteile abgeleitet.-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
In the past few years public awareness of the need to protect structures against blast effects has risen. Blast wave energy is transmitted to the supporting structure by its façade connectors. Energy dissipating protective components placed at the connectors allow protecting people in the building as well as the primary building structure from damage. In this paper we present a protective component that dissipates blast energy by crash material. The report explores the system's fundamentals of operation from an experimental point of view. The results of dynamic tests are the basis of a design concept for the protective components.
Im Rahmen eines Forschungsprojekts zur Tragverhaltensstudie von Freileitungsseilen unter Böenbeanspruchung soll durch die Kombination von Naturmessungen, Windkanalversuchen und numerischen Simulationen versucht werden, das mechanische Verhalten von Freileitungsseilen und turbulenter Windbeanspruchung genauer abzubilden. Die Unsicherheiten bei der Modellierung dieses Zufallsprozesses sollen durch Windkanalversuche und Naturmessungen auf ein Minimum reduziert werden. Im vorliegenden Beitrag werden Ergebnisse von Simulationen mit den Beobachtungen aus den Naturmessungen verglichen und bewertet. Ziel des Forschungsvorhabens ist die Bewertung der aktuellen Bemessungsvorschriften für die Berücksichtigung von Wind auf Leiterseile.
Der vorliegende Beitrag thematisiert die Spannungsberechnung im Kontaktbereich historischer Brückenlager. Speziell der Kontakt zwischen Kugelzapfen und Lagerpfanne steht im Fokus der Ausführungen. Es wird gezeigt, dass die auf Grundlage der Hertz'schen Theorie an der Ersatzgeometrie Kugel–Ebene berechneten Spannungszustände nennenswerte Fehler gegenüber den numerisch an der tatsächlichen Geometrie Kugelzapfen-Lagerpfanne ermittelten Spannungen aufweisen können. Nach Darstellung der Ursachen und Einflussparameter dieser Fehler wird eine Methodik aufgezeigt, diese Fehler signifikant zu korrigieren. -----------------------------------------------------------------------------------------------------------------
This paper addresses the calculation of stresses within the contact zone of historical bridge bearings. Special attention is paid to the contact between ball stud and bearing cup. It will be shown that the stresses calculated according to the Hertzian theory at the idealised analogous geometry of a ball on a plate present considerable differences to the stresses numerically calculated at the real geometry of a ball stud on a bearing cup. Afterwards the causes and influencing factors of these failures are discussed, and a method to improve them significantly is provided.
Der Beitrag thematisiert das Kontaktproblem und damit den kritischen Punkt der historischen gusseisernen und stählernen Lagertechnik. Nach einem Rückblick auf die historische Entwicklung der Bemessung der Lagerwalzen und allgemeinen Ausführungen zur Kontaktproblematik wird anhand analytischer und numerischer Untersuchungen der Zusammenhang zwischen der Kontaktspannung nach Hertz und der Mises-Vergleichsspannung als Grundlage für ein realistisches Bewertungskonzept aufgezeigt.
Bauwerke unter Windlasten
(2008)
Aerodynamic damping is a decisive parameter influencing the dynamic response of overhead transmission line conductors. Methods of how to account for the effects of aerodynamic damping differ significantly and so might do the results. In this work, the source of aerodynamic damping being the result of the relative velocity between the structure and wind flow will be revised. Based on wind tunnel tests and validated by simulations, the differences of linear movement compared to a pendulum movement of a sagging cable are shown. The reasons for that Deviation are the large deflections, resulting in a movement non-parallel to the acting wind flow. For analysis in frequency domain, it is not possible to incorporate aerodynamic damping implicitly by fluid structure interaction. If the dynamic movement can be linearized at a working point of the mean deflection, a modification to the linear approach is suggested. This approach is validated by simulation with a finite element model of an existing overhead transmission line, calibrated with full scale measurements. Aerodynamic damping is incorporated in time step analysis by Rayleigh damping and modal damping. The differences between both approaches are emphasized and modal damping is shown to be the most adequate.
Aerodynamic damping of nonlinear movement of conductor cables in laminar and turbulent wind flow
(2015)
It is widely accepted that aerodynamic damping is a decisive parameter influencing the dynamic response of overhead transmission line conductors in turbulent wind flow. But anyway, methods of how to account for the effects of aerodynamic damping differ significantly and so might do the results. In this work, the source of aerodynamic damping shall be revised leading to the well-known formulation for a linear pendulum being the result of the relative velocity between the structure and wind flow. Based on wind tunnel tests and validated by simulations, the differences to a pendulum movement of a sagging cable are shown. The reasons for that deviation are the large deflections, resulting in a movement non parallel to the acting wind flow. For some analysis, in particular those in frequency domain, it is practically not possible to incorporate aerodynamic damping implicitly by fluid structure interaction. If the dynamic movement can be linearized at a working point of the mean deflection, a modification to the linear approach is suggested. This approach is validated by simulation with a finite element model of an existing overhead transmission line, calibrated with onsite measurements for wind velocities at lower levels. Further accent is put on the different possibilities to incorporate aerodynamic damping in time step analysis, such as Rayleigh damping or modal damping. The differences between both approaches are emphasized and modal damping is shown to be the most adequate representation of aerodynamic damping.