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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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.