7.0 Abteilungsleitung und andere
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Reclassification of bridges, i.e., a change in load rating, using reliability-based methods and a direct update with proof load information has been presented by many authors. However, bridge reclassification has hardly been studied from a decision analytic perspective, i.e., with quantification of the risks and benefits of different classification choices, and the expected benefit gain from proof loading. We derive, explain and exemplify a decision analytic approach for bridge reclassification along with models for (1) elastic and ultimate capacity and their adaptation with proof load information, (2) proof load information with classification outcomes accounting for target reliabilities and, (3) utilities including socio-economic benefits from reclassification. The approach and models are exemplified with a case study based on reclassification of bridges with a low existing classification. Decision rules, for practical use by a highway authority to find the optimal classification, are identified and documented based on: (1) the measurement of the capacity at elastic limit by proof loading, (2) the bridge reclassification benefits, and, (3) the required annual reliability level. From a Value of Information analysis, it is concluded that the proof load information is highly valuable for reclassification in cases of high socio-economic benefits and high reliability requirements.
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.
Die heute in der Anwendung befindlichen Bemessungskonzepte für Ermüdung von Beton stammen zum Teil noch aus den 1990er Jahren und sind speziell hinsichtlich hochfester Betone konservativ ausgelegt. Um die Vorteile von Türmen für Windkraftanlagen, vor allem auch aus hochfesten Betonen, im Zuge des geplanten Ausbaus der Windenergieversorgung in Deutschland wirtschaftlich nutzbar zu machen, müssen diese Bemessungskonzepte weiterentwickelt werden. Dafür sind umfangreiche Untersuchungen zur Ermittlung von Bruchlastwechselzahlen und zur Charakterisierung der Schädigungsentwicklung unter Ermüdungsbeanspruchung erforderlich. Allgemein anerkannte bzw. verbindliche Regelwerke oder Verfahren zur experimentellen Bestimmung der Ermüdungsfestigkeit (Bruchlastwechselzahlen) an Betonproben gibt es zurzeit aber nicht und die bisher durchgeführten Untersuchungen variieren in Parametern wie Probengeometrie, Probengröße und Prüffrequenz. Eine vergleichende Analyse der Ergebnisse der Studien und insbesondere die Übertragbarkeit auf bauteilrelevante Abmessungen ist auf dieser Grundlage nur sehr eingeschränkt möglich.
O3BET Quality Protocols
(2023)
Presentation of the process-oriented approach for the development of the quality protocolls (standard operation procedures and work instructions) for the O3BETs. O3BETs are innovative testing facilities for building envelopes which are developed in the course of the Metabuilding Labs EU Horizon 2020 project.
An analytical expression for the frequency response function of a coupled pedestrian-bridge system is presented and evaluated using an experimental measurement campaign performed on the Folke Bernadotte Bridge in Stockholm, Sweden. A finite element model and the modal models that consider the human–structure interaction effect are calibrated with respect to the measurements. The properties of the spring–mass–damper model representing the pedestrians were identified, considering the different structural modes of the system. Good agreement was obtained between the experimental and theoretical frequency response functions. A sensitivity analysis of the obtained solution was performed, validating the determined analytical expression for the frequency response function of the coupled pedestrian-bridge system that takes into account the human–structure interaction effect.
Bewertung der Innenhydrophobierung als neuartige AKR-Vermeidungsstrategie bei Betonfahrbahndecken
(2023)
Zur Vermeidung von AKR-Schäden an Betonfahrbahndecken im deutschen Autobahnnetz wurden mit dem ARS 04/2013 verbindliche Eignungsprüfungen zum Ausschluss alkaliempfindlicher Gesteinskörnungen bei Neubau- und Erhaltungsmaßnahmen eingeführt. Das hatte eine signifikante Reduzierung geeigneter Gesteinskörnungen zur Folge. Deshalb wird geprüft, ob durch die Zugabe eines Hydrophobierungsmittels während der Betonherstellung grenzwertig alkaliempfindliche Gesteinskörnungen nutzbar gemacht werden können. In diesem Beitrag wird der Einfluss der Dosierung eines Compounds mit Hydrophobierungsmittel (HM) auf die Frisch- und Festbetoneigenschaften eines Waschbetons mit einer reaktiven Grauwacke dargestellt. Es zeigt sich, dass aufgrund des Antagonismus die zunehmende Dosierung des HM-Compounds eine signifikante Erhöhung der Zugabe des Luftporenbildners auf Wurzelharzbasis erfordert. Der AKR-Schädigungsprozess wird ab einer Dosierung des HM-Compounds von 0,75 M.-%, bezogen auf den Zementgehalt, hinreichend vermindert. Die mechanischen Eigenschaften des hydrophobierten Waschbetons verschlechtern sich im betrachteten Dosierungsbereich des HM-Compounds nur geringfügig. Auch der Frost-Tausalz-Widerstand vermindert sich, ohne den normativen Grenzwert für die Abwitterung zu überschreiten.
Proof load testing may be performed to confirm the reliability of the bridge for an existing classification or to prove the reliability for a higher classification. In this paper, a probabilistic decision analysis approach is applied to the scenario for the evaluation of target proof load in the situation where information on the bridge resistance model is lacking. In this case, the resistance model is established by proof loading and taking very basic prior knowledge into account. The decision scenario is modelled in the context of the proof load test planner who shall choose the required load level for assessment of a bridge. The choice of the load level depends on the risks due to the testing and the expected benefit gain from the test. Information acquired about the loading response from monitoring during the proof load testing is modelled by taking basis in the model uncertainty formulation. The optimal proof load level for classification of a single lane, simply supported bridge of 8m span subjected to live load from very heavy (gross weight > 80 tons) transport vehicles was calculated. The optimal proof load level was identified as leading to a positive expected benefit gain to the decision maker while also satisfying target reliability criteria for remaining service life. The analysis was performed for the evaluation of bridge performance with respect to five classifications of very heavy transport vehicles with different vehicle weights and configurations.
Lithium-ion batteries are a key technology to achieve the goals of limiting climate change due to the important role as traction technology for Electric Vehicles and in stationary energy storage systems. Over(dis) charge, mechanical damage due to accidents or thermal abuse such as fires can initiate an accelerated self-heating process of the batteries, called thermal runaway. A thermal runaway can propagate from cell to cell within a larger assembly of cells such as modules or battery packs and can cause rapid heat and toxic gas emissions. The resulting battery fire can spread to adjacent facilities, e.g. other cars in underground car parks or to a whole building in case of a large stationary energy storage.
For proof of fire protection requirements or to design suitable fire protection systems, Computational Fluid Dynamic (CFD) simulations are getting more and more important. The aim of CFD fire simulations is to predict the global hazards of a fire to its surroundings, that is mainly characterized by the release of heat and smoke and its spread in the fire environment. There are many numerical investigations of lithium-ion batteries in the literature. One class of models is used to simulate the charge and discharge process of lithium-ion batteries and to predict the temperature or voltage evolution inside the battery. On the other hand, there are models describing batteries under abuse conditions to predict the consequences of a thermal runaway event to the local environment, like the temperatures inside a battery or at the battery surface. Henriksen et al. use a generic battery gas mixture to simulate an explosion of vented gases from a Lithium Iron Phosphate battery and compare experimental results for the explosion pressure and the position of the flame front to the outcomes of a simulation with Xifoam. Larsson et al. used a combination of CFD simulations with FDS and thermal model with COMSOL to predict the temperature development of neighboring cells in a thermal runaway propagation. Truchot et al. use a design Heat Release Rate (HRR) curve for a battery based on experimental measurements to build up an overall HRR curve for a truck loaded with 100 lithium-ion batteries. This summed up HRR and corresponding smoke production curve is then used as an input for a simulation of a truck fire in a tunnel with Fire Dynamics Simulator (FDS). The pre-definition of the HRR curve is a frequently used method in fire engineering. It has the disadvantage, that the heat release cannot be influenced by physical processes, such as changed ventilation conditions or extinguishing measures. In this paper, a model is presented that determines the release of heat and gases based on the thermal runaway mechanisms of the battery, which can be used in CFD fire simulations with focus on prediction of fire hazards to nearby environment.