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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.