BAM Forschungsberichtreihe
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Der vorliegende Bericht stellt die zugrunde liegende Theorie nachvollziehbar dar und beschreibt den numerischen Lösungsalgorithmus nach dem Mehrziel-Schießverfahren. Die Winkelfunktionen des Spannungs- und Verzerrungsfeldes werden graphisch und in zahlreichen Tabellen für verschiedene Verfestigungsexponenten dokumentiert.
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Die in den Abschlussberichten zu den Vorhaben zur Ermittlung der Prüffestigkeit von Flachglas (BAM-161) und zur Tragfähigkeit großer Glasscheiben (BAM-162) dokumentierten Ergebnisse von durchgeführten Balken-Siegeversuchen und Doppelring-Biegeversuchen in Anlehnung an DIN 52303 Teil 1 bzw. DIN 52292 Teile 1 und 2 sowie Biegebruchversuchen an zweiseitig und vierseitig aufgelagerten Scheiben aus vorgespanntem und nicht vorgespanntem Spiegelglas (abkürzend als ESG bzw. Floatglas) werden zusammenfassend ausgewertet.
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Ziel der Untersuchung ist, eine methodische Verbindung zwischen statischer Tragwerksanalyse und Messung am Bauwerk herzustellen. Die grundsätzlichen Beziehungen werden in Verbindung mit der zusätzlichen Einführung der Lagrange’schen Multiplikatoren hergeleitet; ebenso wird auf einen Sonderfall hingewiesen. Am Beispiel des Linientragwerkes - der Balkenbiegung - wird der Ansatz nach Bernoulli als Regressionsfunktion gewählt. Ein Vergleich zu Hermite-Polynomen wird gezogen, die hier keine optimale Lösung erbringen können. Für die 3 Messgrößen - Durchbiegung w sowie Winkelneigung w‘ und Krümmung w“ bzw. Dehnung ε – werden die grundsätzlichen Matrizen hergeleitet. Für die Forderung, dass die 3 Messgrößen grundsätzlich in jeder Messreihe auftreten, wird deren Kopplung ausgewiesen, ebenso die Berücksichtigung vorhandener statischer Randbedingungen. Die Kopplung geschieht mittels der Lagrange’schen Multiplikatoren. Für die Lösung des Gesamtsystems wird eine Gesamtschritt-Lösung und eine Zwischenschritt- Lösung definiert und deren Vor- und Nachteile kurz beleuchtet. Zusätzlich dürfen die Grundsätze zum Anordnen der Messpunkte und deren Messgröße nicht unberücksichtigt bleiben, da ansonsten keine sinnvolle Aussage vorgenommen werden kann. Hier darf das Prinzip von St. Vénant keineswegs unberücksichtigt bleiben. Bei Konstruktionen, die einer Zwängung unterliegen (können), sind mindestens 2 Dehnungsmessungen jeweils über eine Querschnittshöhe unumgänglich, damit eine Umrechnung der Messwerte in reine Biegemesswerte vorgenommen werden kann. An grundsätzlichen Beispielen wird der Lösungsweg und das erzielte Resultat angegeben. Hier wird noch einmal auf die eminent wichtige Rolle der Randbedingungen hingewiesen, die immer zur Stabilisierung des Ergebnisses beitragen. Des Weiteren wird die Bandbreite der Lagrange’schen Multiplikatoren untersucht [s. Anhang A]. Bei diesen Beispielen sollte die Größe der Lagrange’schen Multiplikatoren jeweils sehr klein sein, da diese immer die Größe der Korrektur anzeigt. --- Ferner wird eine Übersicht zum Formelapparat und der wesentlichste Weg der Abstandsminimierung in toto angegeben [s. Anhang B]. Der grundsätzliche Ansatz beinhaltet zunächst keine Aussage über die zu verwendenden Funktionen; d. h. es liegt per se keine Beschränkung auf ein linienhaftes Tragwerk vor. So kann das Procedere ohne weiteres auf andere Tragwerke – beispielsweise Flächentragwerke – ausgeweitet werden, für die ebenfalls vorzügliche Lösungs- und damit Ansatzfunktionen bekannt sind. Dass der messtechnische Aufwand entsprechend steigt, dürfte selbstverständlich sein. Eine Ausweitung auf die permanente Strukturüberwachung bietet sich von selbst an, so dass nach Auswertung der Messungen sofort eine Aussage zum Tragverhalten – im Vergleich zur vorliegenden statischen Berechnung – vorgenommen werden kann.
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Ziel der Untersuchung war, beliebige Dämpfungsverläufe in die allgemeinen, im Zeitraum formulierten Bewegungsgleichungen zu implizieren und vor allem die numerischen Konsequenzen der Resultate aufzuzeigen. Ferner wird ein Lösungsverfahren entwickelt, das mittels komplexen Streifigkeitsansätze unter Verwendung zeitversetzter Belastung eine vollständige Erfassung allgemeiner Dämpfungsvorgaben gestattet.
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Grundlage zur seismischen Bemessung von Kernkraftwerksbauten in der BRD ist die KTA- Regel 2201, die aktuell zur Beratung und Neufassung ansteht. Eine wesentliche Forderung zur Abänderung besteht darin, den bisherigen Doppelnachweis gegen Auslegung Erdbeben (AEB) und Sicherheitserdbeben (SEB) aufzugeben und nur noch allein eine Bemessung gegen das Sicherheitserdbeben vorzunehmen.
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Um zu klären unter welchen Umständen eine Gefährdung von Spannstählen beim Kontakt mit verzinkten Bauteilen gegeben ist, wurden umfangreiche Laborversuche in alkalischen Lösungen und verschiedenen Betonen sowie Zeitstandversuche an Spannbetonprobekörpern durchgeführt. Dabei zeigte sich, dass Abstandsvariationen im Nahbereich nur einen geringen Einfluss auf die Polarisation des Stahles haben. Ein praxisrelevanter, unkritischer Abstand für den indirekten Kontakt des Spannstahls, z. B. über die Bewehrung, konnte daher nicht definiert werden. Aus den Versuchsreihen wurde deutlich, dass ein wesentlicher Einfluss durch das Flächenverhältnisses Stahl: Zink gegeben ist. Hier konnte eine praxisrelevante Grenze ermittelt werden. Danach führen Flächenverhältnisse größer 10 : 1 nicht zu einer Polarisation des Spannstahls in den Bereich der Wasserstoffentwicklung. Die im Labor gewonnen Ergebnisse konnten durch Untersuchungen zunächst an realen Betonfertigteilen, später auch an Spannbetonfertigteilen bei der Fa. Rekers verifiziert werden. Auf der Grundlage dieser Untersuchungen wurde für eine spezielle Spannbetonbinderausführung, bei der die Flächenverhältnisse in unkritischen Breichen lagen, für die Verwendung von verzinkten Einbau- teilen im indirekten Kontakt mit Spannstählen eine Zustimmung im Einzelfall gegeben. Während der Vorhabensbearbeitung wurde von den beteiligten Firmen eine weitere Problematik angesprochen. Dabei ging es um den Einsatz von verzinkten Einbauteilen in Spann- betonfertigteilen aus Stahlfaserbeton. Auch hier war die Frage, ob eine Gefährdung der Spannstähle durch indirekten Kontakt über die nicht verzinkten Stahlfasern möglich ist. Durch Untersuchungen an realen Fertigteilabschnitten bei den Firmen Rekers und Max Bögl konnte gezeigt werden, dass ein Kontakt über die Stahlfasern selbst über sehr kurze Entfernungen nicht vorliegt. Auf der Grundlage dieser Ergebnisse wurden für derartige Fertigteile beim Deutschen Institut für Bautechnik entsprechende bauaufsichtliche Zulassungen unter Verwendung verzinkter Einbauteile beantragt. Um eine sichere Gefährdungsabschätzung bei indirektem Kontakt für Flächenverhältnisse vornehmen zu können, bei denen eine Polarisation der Spannstähle in den Bereich der Wasserstoffentwicklung erfolgt, wurden Zeitstandversuchsreihen unter Wasserstoffbeladung durchgeführt. Diese führten an zugelassenen Spannstählen nicht zu Brüchen während der Versuchszeit. Die anschließend ermittelten mechanischen Kennwerte zeigten keine signifikanten Änderungen. Aus den Ergebnissen dieser Untersuchungen, die bezüglich der Bela- dungsmenge, der Beladungszeiten und der gewählten Vorspannung sehr konservativ ausgelegt wurden, ist ein indirekter Kontakt von Spannstählen zu verzinkten Einbauteilen als unkritisch zu bewerten. Eine entsprechende Änderung der Norm ist anzustreben. Aus grundsätzlichen Gründen der direkte Kontakt durch Einhaltung des in der DIN 1045-1 geforderten Mindestabstandes von 2 cm aber weiterhin sicher auszuschließen. Dies stellt für die Anwender aus praktischer Sicht kein Problem dar. Durch die in enger Zusammenarbeit mit der Industrie durchgeführten Forschungsarbeiten wird es den Anwendern ermöglicht, zukünftig verzinkte Einbauteile in Spannbetonfertigteilen einzusetzen. Teilweise konnte der Einsatz durch Zustimmungen im Einzelfall bzw. durch bauaufsichtliche Zulassungen bereits unmittelbar in der Praxis umgesetzt werden. Damit wurde das Ziel des Vorhabens erreicht.
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Die großen Fortschritte, die in letzter Zeit auch in Holzforschung und Holztechnik erzielt worden sind, lassen es als zweckmäßig und notwendig erscheinen, Teilbereiche des Wissens zusammenzufassen und zu veröffentlichen, denn häufig besteht jeweils an einem bestimmten Teilgebiet besonderes Interesse. Seine ausführliche Darstellung im Zusammenhang mit den zum richtigen Verständnis notwendigen Grundlagen ist daher erwünscht. Aus diesem Grunde wird im vorliegenden Werk der Versuch unternommen, einen Überblick über den Stand der Forschungen zu geben, die sich mit der Erhöhung der Formbeständigkeit von Holz gegenüber Feuchtigkeit befassen.
In der englischsprachigen Literatur spricht man von "dimensional stabilization" zur Kennzeichnung einer Vergütungsbehandlung, als deren Ergebnis ein Produkt entsteht, das auf Luftfeuchtigkeitsschwankungen in verringertem Maße durch Veränderung seiner Abmessungen reagiert. Die Übernahme dieses Ausdrucks ins Deutsche als "Dimensionsstabilisierung" ist jedoch nicht zu empfehlen. Abgesehen davon, daß dieses Wort sprachlich nicht schön ist, ist der Ausdruck auch nicht treffend genug, denn es fehlt ein Hinweis darauf, gegen was die "Stabilisierung" wirksam ist. Die Abmessungen des Holzes können nämlich durch verschiedene Einflüsse verändert werden, z. B. durch Druck, Temperatur oder Feuchtigkeit. Im vorliegenden Fall handelt es sich allein um die Feuchtigkeit, welche Holz auf Grund ihres zu- oder abnehmenden. Gehaltes verformt. Diese beiden Wörter sollten daher Bestandteile eines treffenderen Ausdrucks sein: "Feuchteverformung" erscheint dafür als geeignet, weil dieses Wort klar das ausdrückt, was gemeint ist. Daher wird in diesem Buch die Bezeichnung "Verminderung der Feuchteverformung" als deutscher Ausdruck für die englische Bezeichnung "dimensional stabilization" verwendet.
Mit steigenden Ansprüchen an die Qualität von Holzerzeugnissen gewinnt auch die Verminderung der Feuchteverformung von Holz an Bedeutung. Die ersten diesbezüglichen Bemühungen sind schon vor vielen Jahrzehnten erfolgt, und es mag als ein Zeichen für die Schwierigkeit, dieses Problem zu lösen, gelten, daß bis heute kein zufriedenstellendes Verfahren entwickelt werden konnte. Die besondere Problematik liegt darin, daß die Vergütungsbehandlungen gleichzeitig Änderungen anderer wichtiger Holzeigenschaften zur Folge haben, die meistens negativ und daher unerwünscht sind, so daß sie die Brauchbarkeit solcher Verfahren einschränken. Andererseits spielen die Kosten der Behandlung eine hervorragende Rolle, da der Wettbewerb mit anderen Werkstoffen hart ist und keine wesentliche Verteuerung zuläßt. So kommt es, daß die Anwendung derartiger Vergütungsbehandlungen bisher nur in Sonderfällen erfolgt. Zweifellos ist der Bedarf an formbeständigem Holz jedoch groß, so daß die dringende Notwendigkeit besteht, sich weiter um die Lösung dieser Aufgabe zu bemühen.
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Zur Meßtechnik für die Sicherheitsbeurteilung und -überwachung von Spannbeton-Reaktordruckbehältern
(1978)
Die Probleme der Messtechnik für Spannbeton-Reaktordruckbehälter (SBB) lagen vor allem darin, daß die Meßwertaufnehmer bis zu 30 Jahren bei hohen Temperaturen bis zu 350 °C und unter merklichem Kernstrahungseinfluß zeitlich stabil sein müssen. Als besonders aussichtsreiches Verfahren wurde ein fluidisches Meßsystem entwickelt und untersucht, und zwar ein mit Luft oder Edelgas betriebenes Düse-Düsennadel-System mit der entsprechenden Signalverarbeitung. -Bei den elektrischen Verfahren konnten die Untersuchungen auf die Messwertaufnehmer konzentriert werden. Es wurden folgende Aufnehmer auf ihr Zeit-Temperatur-Verhalten hin untersucht: Aufschweißbare, vollständig gekapselte Hohtemperatur-Dehnungsmeßstreifen, induktive und Transformator-Wegaufnehmer sowie aufschweißbare kapazitive Dehnungsaufnehmer mit Abstandfühler. -Zum Kernstrahlungseinfluss wurde aus der Literatur der Stand der Technik erarbeitet. Für Werkstoffuntersuchungen an Betonwürfelproben wurden ein besonderer Innendehnungsaufnehmer und ein Meßsystem zur Erfassung der Querdehnungsverteilung entwickelt. -Zur Instrumentierung der SBB selbst wurde das Problem des Störeinflusses von Messhohlräumen im Beton an der Dichthaut, wie sie für Messungen an der Dichthaut notwendig sind, gelöst. -Zur Ermittlung der Betonbeanspruchung wurde eine bestehende Theorie über die Anzeigefehler von Spannungs- und Dehnungsaufnehmern im Innern von Beton erweitert und das hydraulische Kompensations-spannungsmessverfahren mit dem Ziel seiner Weiterentwicklung näher untersucht. -Zum Problem der Feuchtigkeitsmessung in Beton wurde geklärt, welche Art Feuchtgröße am ehesten kennzeichend ist, und es wurden Versuche zur Entwicklung eines kapazitiven Messverfahrens durchgeführt. -Zur Gesamtverformungsmessung wurde ein universell einsetzbares Bodenzugsystem entwickelt. -Zur Messung der Spannkräfte in den Spannsystemen wurden magnetoelastische Transformator-Kraftaufnehmer untersucht. -Schließlich wurden einige Meßsysteme im Versuchseinsatz erprobt.
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Die Studie basiert auf einer europaweiten Fragebogenaktion und gezielten Gesprächen mit herausragenden Fachleuten der betroffenen EG-Mitgliedsstaaten. Die Analyse zeigt die überragende technologische und wirtschaftliche Bedeutung der Werkstofftechnologie mit Blick auf neue Werkstoffe, Konstruktions- u. Herstellungsbedingungen sowie Qualitätssicherungsstrategien.