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LAUS - Erste praktische Erfahrungen mit einem neuartigen Ultraschallsystem großer Eindringtiefe
(2018)
Konventionelle Systeme zur Ultraschall-Echo-Prüfung von Betonbauteilen sind in ihrer Eindringtiefe auf etwa einem Meter begrenzt. Zur Prüfung stärkerer Objekte war die Entwicklung eines neuartigen Prüfsystems notwendig. Das LAUS-System (Large Aperture UltraSound) besteht aus 12 einzelnen Arrays, die mit jeweils 32 Einzelprüfköpfen (Scherwellen, 25 – 50 kHz) als Sender oder Empfänger betrieben werden können. Sie werden unabhängig auf Betonoberflächen mit Unterdruck befestigt und kommunizieren drahtlos untereinander und mit der Zentraleinheit. Alle möglichen Kombinationen ergeben 132 Einzelmessungen, die zur Rekonstruktion des durchschallten Volumens genutzt werden. Mehrere dieser Datensätze lassen sich zu einer 3D-Auswertung kombinieren. Das System wurde an mehreren Testobjekten und Bauwerken erfolgreich erprobt. So konnte die fünf Meter dicke, sehr stark bewehrte Fundamentplatte des Fallturms auf dem BAM-Testgelände bei Horstwalde durchschallt werden. Ein zweites Beispiel ist die erfolgreiche Detektion von Spannkanälen in 1,8 m Tiefe in einem massiven Brückenbauwerk.
LAUS - Erste praktische Erfahrungen mit einem neuartigen Ultraschallsystem großer Eindringtiefe
(2018)
Konventionelle Systeme zur Ultraschall-Echo-Prüfung von Betonbauteilen sind in ihrer Eindringtiefe auf etwa einem Meter begrenzt. Zur Prüfung stärkerer Objekte war die Entwicklung eines neuartigen Prüfsystems notwendig. Das LAUS-System (Large Aperture UltraSound) besteht aus 12 einzelnen Arrays, die mit jeweils 32 Einzelprüfköpfen (Scherwellen, 25 – 50 kHz) als Sender oder Empfänger betrieben werden können. Sie werden unabhängig auf Betonoberflächen mit Unterdruck befestigt und kommunizieren drahtlos untereinander und mit der Zentraleinheit. Alle möglichen Kombinationen ergeben 132 Einzelmessungen, die zur Rekonstruktion des durchschallten Volumens genutzt werden. Mehrere dieser Datensätze lassen sich zu einer 3D-Auswertung kombinieren. Das System wurde an mehreren Testobjekten und Bauwerken erfolgreich erprobt. So konnte die fünf Meter dicke, sehr stark bewehrte Fundamentplatte des Fallturms auf dem BAM-Testgelände bei Horstwalde durchschallt werden. Ein zweites Beispiel ist die erfolgreiche Detektion von Spannkanälen in 1,8 m Tiefe in einem massiven Brückenbauwerk.
Der Blick in die Brücke
(2018)
Immer wieder werden Feuerwehren bei Einsätzen mit brandbeaufschlagten Acetylenflaschen konfrontiert. Im Falle eines Behälterversagens stellen diese eine enorme Gefährdung für die Einsatzkräfte dar. Die BAM beschäftigt sich seit vielen Jahren mit den Auswirkungen im Falle eines solchen Behälterversagens. Der Beitrag stellt die Arbeit der BAM auf diesem Gebiet vor und zeigt verschiedene Handlungsoptionen auf, um das Risiko für die Einsatzkräfte zu verrringern. Weiterhin wird ein Merkblatt zu brandbeaufschlagten Acetylenflaschen vorgestellt, welche zusammen mit der DGUV im Jahr 2018 herausgegeben werden.
Unpigmented HDPE jerrycans filled with nitric acid (55%) and water respectively had been exposed to outdoor conditions for one Berlin summer season. As both liquids underwent equal temperature progression, exposure effects of UV radiation and nitric acid as well as of their combination can be separated and compared. On the basis of various property changes after these exposures, synergistic action is evaluated and compared to a damaged Intermediate Bulk Container (IBC) from a transport accident.
It is found that carbonyl formation goes along with lightness increase in color measurement due to microcracking and with a worsening in mechanical behavior, all of them showing synergistic effects of UV and nitric acid exposure. In contrast, embedding nitrogen compounds goes along with yellowing of the material but cannot be correlated to oxidation.
The reason for intensified damaging is the decomposition of the 55-percent nitric acid and formation of nitrogen oxides even at ambient temperatures, caused by UV radiation. Thus, damaging effects become similar to those caused by fuming nitric acid exposure at temperatures above 60 °C, with the result of strong oxidative degradation of the polyethylene.
In contrast, exclusive exposure to the 55-percent nitric acid at 40 °C does not cause any failure.
It can therefore be assumed that also the damaged IBC had been exposed to both UV radiation and nitric acid, probably outdoors.
Die Bemessungsnorm für Stahlbeton- und Spannbetontragwerke DIN EN 1992-1-2 (EC 2-1-2) erlaubt die Anwendung von vereinfachten und allgemeinen Rechenverfahren für den Tragfähigkeitsnachweis im Brandfall (Heißbemessung). Als Grundlage für die Heißbemessung werden für Normalbeton und für Hochfesten Beton temperaturabhängige Spannungs-Dehnungs-Beziehungen angegeben, mit denen der Festigkeits- und Steifigkeitsverlust von Beton bei zunehmender Temperatur berücksichtigt wird. Im vorliegenden Aufsatz wird herausgearbeitet, dass die aktuelle betontechnologische Entwicklung und die damit einhergehende Diversifizierung in der stofflichen Zusammensetzung neuartiger Betone bei der Heißbemessung berücksichtigt werden muss. Die in dem Beitrag zusammengestellten temperaturabhängigen Druckfestigkeiten neuartiger Betone verdeutlichen den Einfluss der stofflichen Zusammensetzung auf das Hochtemperaturverhalten von Beton.
Spannbeton-Hohlplatten (engl.: Hollow Core Slabs, HC-Platten) werden insbesondere aus wirtschaftlichen Gründen als Deckensysteme im Hochbau eingesetzt. Bei einem 2007 aufgetretenen Brandereignis in einem Parkhaus in Rotterdam kam es zu einer teilweisen Ablösung des unteren Plattenspiegels. Dies hatte eine europaweite Diskussion zur brandschutztechnischen Bewertung dieser Bauart zur Folge. Mittlerweile liegen eine Vielzahl von gutachterlichen Stellungnahmen, Literaturauswertungen und auch jüngeren Forschungsarbeiten zum Feuerwiderstand von Konstruktionen aus Spannbeton-Hohlplatten vor. In den Untersuchungen wurde unter anderem das Tragverhalten von HC-Platten bei starrer Auflagerung, insbesondere hinsichtlich der Querkrafttragfähigkeit, analysiert. Ein weiterer, bei der Prüfung und Bewertung von Spannbeton-Hohlplatten bisher kaum beachteter Aspekt ist die im Brandfall auftretende Behinderung der Querdehnung. In der Praxis kann für HC-Platten eine Querdehnungsbehinderung im Brandfall auftreten, wenn beispielsweise eine sehr steife Begrenzung des brandbeanspruchten Deckenbereichs vorliegt, z. B. durch Treppenhauskerne oder auch durch umgebende Deckenfelder bei lokaler Brandbeanspruchung. Um dieser Fragestellung nachzugehen, wurden an der BAM entsprechende experimentelle und numerische Untersuchungen an Deckenfeldern aus Spannbeton-Hohlplatten mit unterschiedlicher seitlicher Zwängung durchgeführt. Im Beitrag werden die im Realmaßstab durchgeführten Brandversuche ausführlich beschrieben und deren Ergebnisse und daraus abgeleiteten Erkenntnisse vorgestellt. Die an der BAM durchgeführten Untersuchungen haben gezeigt, dass bei einer Zunahme der seitlichen Zwängung die Horizontalrissbildung in den Plattenstegen zu- und die Längsrissbildung abnimmt. Trotz der ausgeprägten Horizontalrissbildung kam es in den Brandversuchen nicht zu- einer Ablösung des unteren Plattenspiegels. Ebenso zeigte sich kein negativer Einfluss der Horizontalrisse auf das Trag- und Verformungsverhalten der brandbeanspruchten Deckenkonstruktion. Die Ergebnisse aus den Brandversuchen stehen zukünftig zur Validierung numerischer Modelle zur Verfügung.
This article introduces an approach and framework for the quantification of the value of structural health monitoring (SHM) in the context of the structural risk and integrity management for systems. The quantification of the value of SHM builds upon the Bayesian decision and utility theory, which facilitates the assessment of the value of information associated with SHM. The principal approach for the quantification of the value of SHM is formulated by modeling the fundamental decision of performing SHM or not in conjunction with their expected utilities. The expected utilities are calculated accounting for the probabilistic performance of a system in conjunction with the associated structural integrity and risk management actions throughout the life cycle, the associated benefits, structural risks, and costs and when performing SHM, the SHM information, their probabilistic outcomes, and costs. The calculation of the expected utilities necessitates a comprehensive and rigorous modeling, which is introduced close to the original formulations and for which analysis characteristics and simplifications are described and derived. The framework provides the basis for the optimization of the structural risk and integrity management based on utility gains including or excluding SHM and inspection information. Studies of fatigue deteriorating structural Systems and their characteristics (1) provide decision Support for the performance of SHM, (2) explicate the influence of the structural component and system characteristics on the value of SHM, and (3) demonstrate how an integral optimization of SHM and inspection strategies for an efficient structural risk and integrity management can be performed.
Fires in road tunnels constitute complex scenarios with interactions between the fire, tunnel users and safety measures. More and more methodologies for risk analysis quantify the consequences of these scenarios with complex models. Examples for complex models are the computational fluid dynamics model Fire Dynamics Simulator (FDS) and the microscopic evacuation model FDS+Evac. However, the high computational effort of complex models often limits the number of scenarios in practice. To balance this drawback, the scenarios are often simplified. Accordingly, there is a challenge to consider complex scenarios in risk analysis.
To face this challenge, we improved the metamodel used in the methodology for risk analysis presented on ISTSS 2016. In general, a metamodel quickly interpolates the consequences of few scenarios simulated with the complex models to a large number of arbitrary scenarios used in risk analysis. Now, our metamodel consists of the projection array-based design, the moving least squares method, and the prediction interval to quantify the metamodel uncertainty. Additionally, we adapted the projection array-based design in two ways: the focus of the sequential refinement on regions with high metamodel uncertainties; and the combination of two experimental designs for FDS and FDS+Evac.
To scrutinise the metamodel, we analysed the effects of three sequential refinement steps on the metamodel itself and on the results of risk analysis. We observed convergence in both after the second step (ten scenarios in FDS, 192 scenarios in FDS+Evac). In comparison to ISTSS 2016, we then ran 20 scenarios in FDS and 800 scenarios in FDS+Evac. Thus, we reduced the number of scenarios remarkably with the improved metamodel. In conclusion, we can now efficiently integrate complex scenarios in risk analysis. We further emphasise that the metamodel is broadly applicable on various experimental or modelling issues in fire safety engineering.
The High-Fidelity Generalized Method of Cells (HFGMC) is one technique, distinct from traditional finite-element approaches, for accurately simulating nonlinear composite material behavior. In this work, the HFGMC global system of equations for doubly periodic repeating unit cells with nonlinear constituents has been reduced in size through the novel application of a Petrov-Galerkin Proper Orthogonal Decomposition order-reduction scheme in order to improve its computational efficiency. Order-reduced models of an E-glass/Nylon 12 composite led to a 4.8–6.3x speedup in the equation assembly/solution runtime while maintaining model accuracy. This corresponded to a 21–38% reduction in total runtime.Thesignificant difference in assembly/solution and total runtimes was attributed to the evaluation of integration point inelastic field quantities; this step was identical between the unreduced and order-reduced models. Nonetheless, order-reduced techniques offer the potential to significantly improve the computational efficiency of multiscale calculations.
The monitoring of oil and gas pipelines by means of distributed fibre optic sensors is becoming common. The most recent development in the field of fibre optic sensing is the distributed acoustic sensing (DAS), which allows to detect and to localize third party threats to pipelines. For this purpose, fibre optic telecommunication cables located close to the pipelines are usually used. However, DAS carries a far greater potential for continuous condition monitoring of pipelines.
The interdisciplinary research project AGIFAMOR (Ageing Infrastructures – Fibre Optic Monitoring of Pipes) at BAM investigates a new technical approach to extend the application field of DAS towards the detection and localization of acoustic signals that indicate critical alterations and certain damage scenarios originated from within the pipeline or the pipe wall. Therefore, the optical fibre sensors are applied onto the pipe itself and the application procedure towards an optimal acoustic signal transduction is optimized.
A number of laboratory scale experiments were performed focusing on the signal transmission of acoustic signals as well as the detection of damages in the pipe wall by means of DAS. Furthermore, real-scale tests on a pipeline DN100 of 38m length have been carried out at the BAM test site for technical safety (BAM-TTS) to study the detection and localization of leaks and of changing flow profiles due to corrosion or sedimentation processes.
The monitoring of oil and gas pipelines by means of distributed fibre optic sensors is becoming common. The most recent development in the field of fibre optic sensing is the distributed acoustic sensing (DAS), which allows to detect and to localize third party threats to pipelines. For this purpose, fibre optic telecommunication cables located close to the pipelines are usually used. However, DAS carries a far greater potential for continuous condition monitoring of pipelines.
The interdisciplinary research project AGIFAMOR (Ageing Infrastructures – Fibre Optic Monitoring of Pipes) at BAM investigates a new technical approach to extend the application field of DAS towards the detection and localization of acoustic signals that indicate critical alterations and certain damage scenarios originated from within the pipeline or the pipe wall. Therefore, the optical fibre sensors are applied onto the pipe itself and the application procedure towards an optimal acoustic signal transduction is optimized.
A number of laboratory scale experiments were performed focusing on the signal transmission of acoustic signals as well as the detection of damage in the pipe wall by means of DAS. Furthermore, real-scale tests on a pipeline DN100 of 38 m length have been carried out at the BAM test site for technical safety (BAM-TTS) to study the detection and localization of leaks and of changing flow profiles due to corrosion or sedimentation processes.
Schäden an Rohrleitungen können zu hohen Umweltbelastungen und wirtschaftlichen Schäden führen. Um die dauerhafte Verfügbarkeit der Infrastruktur zu gewährleisten, wird im Rahmen des Projekts AGIFAMOR an der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) erprobt, inwiefern das Verfahren der verteilten akustischen faseroptischen Sensorik (Distributed acoustic sensing – DAS) zur kontinuierlichen Überwachung von Rohrleitungen eingesetzt werden kann. Neben der DAS werden erprobte Verfahren der zerstörungsfreien Prüfung wie Schallemissionsanalyse (SEA) und Beschleunigungssensoren eingesetzt. An dieser Stelle soll detailliert auf die Hauptschadensursachen an Rohrleitungen, den Versuchsstand zur mechanischen Belastung von Rohren sowie die Möglichkeiten zu Untersuchungen im Realmaßstab eingegangen werden.
Korrosionsgefahr schnell aufdecken: Zerstörungsfreier Oberflächentest für nichtrostende Stähle
(2018)
Eine Passivschicht schützt die Oberflächen nichtrostender Stähle vor Korrosion. Ist diese unvollständig ausgebildet oder beschädigt, sind Anlagenkomponenten in Gefahr, durch Materialauflösung zerstört zu werden. KorroPads geben schnell Aufschluss über den Zustand der Passivschicht. In nur 15 Minuten liegt ein valides Prüfergebnis vor.
Elastomers are usually mechanically reinforced with high loadings of carbon black (CB) to achieve the properties demanded; high amounts of mineral flame retardants are used to fulfill fire safety requirements. In this study, multilayer graphene (MLG), a nanoparticle made of only 10 graphene sheets, is applied in low loadings, 3 parts per hundred rubber (phr) to reduce the total amount of filler or boost performance in hydrogenated acrylonitrilebutadiene rubber (HNBR). In the HNBR/MLG nanocomposites, 3 phr MLG replaced 15 phr CB, 3 phr aluminum trihydroxide (ATH), or 15 phr CB + 3 phr ATH. The nanocomposites were prepared via master batch by ultrasonically assisted solution mixing and subsequent conventional two-roll milling. A comprehensive study is presented, illustrating the impact of MLG on curing and mechanical properties; e.g. replacing 2.5 phr ATH with 3 phr MLG increased the Young's modulus by over 60% and hardness by 10%, while improving flame retardancy, and reducing the total heat evolved by 10%. MLG is a multifunctional filler, as demonstrated by various enhancements in terms of the mechanical and flame retardancy properties of the rubber composites.
In the last years flowable concrete has become increasingly important in applications such as, for systems with highly reinforced concrete with a complicated formwork, or sprayed concrete and 3D-printing of concrete. For all these applications it is necessary to have tailored rheological properties. Rheology can be described by values of yield stress and plastic viscosity, which can be determined for example by evaluation of rheometer measurements. But for different materials various rheometers with different geometries and stirrers are being used. To see the effects from paste in concrete, it is necessary to investigate mixes of paste, mortar and concrete, stepwise. But currently there exists no device, which is calibrated for these different systems at once. Due to this fact, conventional tests such as V-funnel efflux-time and flow diameter were determined, as well as rheometer data in different cell sizes and geometries.
In this study the assessment of rheological effects in the binder on the rheology of mortar was investigated by using combination of two rheometers.