@phdthesis{Linke2024, author = {Linke, Gunter}, title = {Festigkeitssortierung von Holzbauteilen beim Bauen im Bestand : ein Beitrag zur substanzschonenden Erhaltung historischer Geb{\"a}ude}, doi = {10.26127/BTUOpen-6690}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-66905}, school = {BTU Cottbus - Senftenberg}, year = {2024}, abstract = {Diese Arbeit befasst sich mit systematischen Untersuchungen zur Entwicklung einer Methode zur Festigkeitssortierung von Holzbauteilen in bestehenden Konstruktionen. Deren Notwendigkeit ergibt sich aus der bauaufsichtlichen Forderung, die f{\"u}r die Errichtung von Neubauten geltenden Normen auch im Zuge der Instandsetzung bestehender Konstruktionen anzuwenden. Dazu ist auch Kenntnis {\"u}ber die vorhandene Materialqualit{\"a}t erforderlich. Diese wird in der Praxis meist nur abgesch{\"a}tzt, da bis dato keine konkreten normativen Regelungen f{\"u}r die Bewertung von Holzbauteilen in bestehenden Konstruktionen existieren. Tragf{\"a}higkeitsreserven und -defizite k{\"o}nnen so nicht erfasst werden. Dies kann zu unwirtschaftlichen, unverh{\"a}ltnism{\"a}ßigen und nicht fachgerechten Eingriffen in die Bausubstanz f{\"u}hren. Das ist aus {\"o}konomischer, {\"o}kologischer und denkmalpflegerischer Sicht nicht vertretbar. Das Ziel der Arbeit war die Adaption der in Deutschland geltenden normativen Regeln f{\"u}r die Festigkeitssortierung von neuem Bauholz zur Anwendung in Bestandsbauten. Hauptaugenmerk lag auf der Kombination visueller und zerst{\"o}rungsfreier/-armer Pr{\"u}fmethoden. Deren zuverl{\"a}ssige Anwendung erfordert ein statistisch abgesichertes Auswertungsmodell. Dahin-gehend wurde eine ausf{\"u}hrliche Literaturstudie zur Festigkeitssortierung von Bauholz, zur Bauzustandsbewertung von Bestandsbauten und der zerst{\"o}rungsfreien/-armen Pr{\"u}fung von Holz gef{\"u}hrt. Darauf aufbauend erfolgten umfangreiche Materialversuche an Proben in Bauholzdimension zur Anwendbarkeit ausgew{\"a}hlter zerst{\"o}rungsfreier/-armer Pr{\"u}fmethoden. Die auf dieser Grundlage entwickelte Festigkeitssortiermethode wurde in zus{\"a}tzlichen Versuchen an altem Bauholz und in bestehenden Konstruktionen erprobt. Die Ergebnisse zeigen, dass die visuelle Sortierung f{\"u}r die Erfassung der Holzqualit{\"a}t in-situ nicht zuverl{\"a}ssig genug ist. Gleiches gilt f{\"u}r eine alleinige Anwendung zerst{\"o}rungsfreier/-armer Pr{\"u}fmethoden. Die Kombination beider Methoden mit Hilfe eines statistisch abgesicherten Auswertungsmodells f{\"u}hrt zu einer wesentlich zuverl{\"a}ssigeren Absch{\"a}tzung der Materialqualit{\"a}t. Die entwickelte Festigkeitssortiermethode erm{\"o}glicht dar{\"u}ber hinaus die Anpassung des Untersuchungsumfangs auf die jeweilige Konstruktion und deren spezifischen An-forderungen. Die Erprobung zeigt, dass Tragf{\"a}higkeitsreserven und -defizite zuverl{\"a}ssig er-mittelt werden k{\"o}nnen. In den durchgef{\"u}hrten Fallstudien an historischen Holzkonstruktionen ergaben sich Reserven von (17 … 67) \% der Festigkeit sowie von (7 … 27) \% der Steifigkeit. Gleichzeitig konnten einzelnen, auf Grundlage der visuellen Sortierung nicht als Bauholz verwendbare Bauteile einer Festigkeitsklasse nach EN 338 zugeordnet werden. Die Anwendung der entwickelten Methodik zur in-situ Festigkeitssortierung ist eine wesentliche Verbesserung gegen{\"u}ber der aktuellen Praxis bei der Bewertung bestehender Holzkonstruktionen. Sie er{\"o}ffnet die M{\"o}glichkeit, Instandsetzungsmaßnahmen substanzschonender und wirtschaftlicher zu planen.  }, subject = {Festigkeitssortierung; Bestehende Holzkonstruktionen; Zerst{\"o}rungsfreie Pr{\"u}fung; Strength grading; Existing timber structures; Non-destructive testing; Bauen im Bestand; Holzbau; Bauteil; Fedtigkeit; Zerst{\"o}rungsfreie Werkstoffpr{\"u}fung; Visuelle Pr{\"u}fung}, language = {de} } @phdthesis{Shlychkova2023, author = {Shlychkova, Darita}, title = {Lightweight structured steel members : properties and application}, issn = {1611-5023}, doi = {10.26127/BTUOpen-6531}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-65311}, school = {BTU Cottbus - Senftenberg}, year = {2023}, abstract = {This thesis is dedicated to the structured sheet metals topic. Structured sheet metals are semi-finished products with the honeycomb (cell) shape, made by cold forming of the flat sheets. They represent an innovative technology in the field of lightweight construction. In recent years, this technology has undergone dynamic development what gives to researchers possibilities to improve the level of knowledge about structured sheets metals properties and explore new application fields for them. The structuring improves basic properties, such as stiffness, compared to the flat sheet material. Due to these advantages, the use of structured sheet metals offers enormous innovation potential for efficient lightweight construction in many industrial sectors such as aerospace, rail transport technology, architectural products. Structured sheets have already been implementing in lighting technology, in the manufacture of household appliances and even in automotive industry. So that, the question arises if it possible to apply this kind of material successfully in other areas such as building industry. This work contains an overview of the lightweight constructions historical development and stiffening elements in the steel industry, also the creation process of structured sheet metals, manufacturing investigated specimens, further bending tests, numerical simulations, analysis and comparison of resulting data and possible further use of lightweight beams with structured sheet elements as a building construction. In this work beams compound of structured and flat plates are investigated. Steps of structured plates manufacturing process are described: hydroforming, point- and laser welding and bending. As a result, lightweight beams of two main shapes are manufactured: C- and square sectioned. There are four types of beams for each of the shapes are investigated. Every type has same geometrical dimensions, but thicknesses vary. The series of laboratory tests with created beams under load is made. Three- and four-points bending tests are chosen for that. This work also presents numerical analysis based on conducted experiments: buckling and global non-linear behavior of specimens by use of the software package ABAQUS/CAE are obtained. The behavior of the beams with structured and flat sheets under load is analyzed and the comparison of parameters such as load bearing capacity and stiffnesses is made. Finally, in addition to laboratory and simulations, parametric modelling is done. Also, based on parametric calculations, the proposal for calculation the beams stiffness for with higher thicknesses is given. It allows to predict the behavior of beams with structured sheets with different thicknesses without manufacturing and conducting the expensive and time-taking laboratory experiments. In conclusion, the recommendations for the simplifying of manufacturing process and for the improving of the beams stiffnesses are given.}, subject = {Lightweight constructions; Sandwich members; Structured sheet metals; Leichtbau; Sandwichelemente; Strukturierte Bleche; Leichte Stahltr{\"a}ger; Tr{\"a}ger; Blech; Strukturiertes Blech; Belastung; Tragverhalten; Steifigkeit}, language = {en} } @phdthesis{ShoushtarianMofrad2022, author = {Shoushtarian Mofrad, Ashkan}, title = {Evaluating bending and translational behavior of sandwich panels at ambient and elevated temperatures}, issn = {1611-5023}, doi = {10.26127/BTUOpen-5941}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-59410}, school = {BTU Cottbus - Senftenberg}, year = {2022}, abstract = {Steel cladding structures such as sandwich panels can replace bracing systems to provide further stability to individual structural members such as beams and columns. Previous researches studied the stabilizing effects of sandwich panels on the whole structure at ambient temperatures. It was shown that considerable savings could be achieved in the case of using steel cladding systems. In the STABFI (Steel Cladding Systems for Stabilisation of Steel Buildings in Fire) project, the primary objective was to study the stabilizing behavior of cladding systems in the fire. The current thesis is a part of the STABFI project focusing on the bending and translational stiffness of sandwich panels at ambient and elevated temperatures. The thesis consists of two separate parts, the bending and translational performance of sandwich panels at ambient and elevated temperatures. Sandwich panels are typically composites of two thin steel sheets and a core of higher thickness and lower density. They are valued for their excellent thermal properties. This research employs two different materials, including mineral wool (MW) and Polyisocyanurate (PIR), as a core. In the first part of the thesis, the bending tests carried out in Prague are described. The experimental results are presented in the first phase of this part. A finite element (FE) model is developed to validate simulations with experimental results, and then a comprehensive parametric study is carried out. During the parametric study, different factors such as panel thickness, width, span, the thickness of steel sheets, and the fire's influence on panels' mechanical behavior are investigated. Moreover, the analytical solutions obtained from Eurocodes (EN 14509, 2013) at ambient temperature are employed to predict the bending stiffness values. The analytical solutions are then developed to apply at elevated temperatures by incorporating the reduction factors into the equations. Eventually, the accuracy of suggested analytical equations is compared with numerical results. In the second part of the thesis, after presenting the translational tests which also conducted in Prague and validation of FE models, an extensive parametric study on the decisive factors such as the steel sheet thicknesses, screw diameters and temperature effects on the sandwich panel connections behavior is performed. The parametric study shows how each parameter affects the shear resistance and stiffness of sandwich panel connections. Furthermore, the deterioration of shear performance at elevated temperatures is evaluated. The analytical solutions achieved from the ECCS manual are used to estimate the shear stiffness and resistance of connections at ambient temperatures. At elevated temperatures, the equations are developed to anticipate the abovementioned values in the fire case. Finally, the safety and accuracy of proposed analytical solutions are assessed.}, subject = {Sandwich panels; Finite element method; Fire; Resistance; Stiffness; Sandwichelemente; Finite-Elemente-Modell; Feuer; Widerstand; Steifigkeit; Sandwichbauweise; Stahl; Finite-Elemente-Methode; Steifigkeit; Biegung; Thermische Belastung}, language = {en} } @phdthesis{Loebjinski2021, author = {Loebjinski, Maria}, title = {Bewertung der Tragf{\"a}higkeit von Holzkonstruktionen beim Bauen im Bestand : ein Beitrag zur substanzschonenden Erhaltung von bestehenden Geb{\"a}uden}, issn = {1611-5023}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-55934}, school = {BTU Cottbus - Senftenberg}, year = {2021}, abstract = {Die geltende Normung zur Konstruktion und Bemessung baulicher Anlagen fußt auf dem Prinzip der Grenzzust{\"a}nde. Normative Vorgaben und Empfehlungen befinden sich in stetiger Weiterentwicklung zur kontinuierlichen Verbesserung des europ{\"a}ischen Normungskonzepts unter Einbeziehung aktueller wissenschaftlicher Erkenntnisse und Erfahrungen aus der praktischen Umsetzung. W{\"a}hrend die Normung im Neubau den aktuellen Wissensstand gut widerspiegelt, bestehen f{\"u}r den Bestandsbau nur wenige Vorgaben zur Bestandsaufnahme, sowie zur Bewertung der Tragf{\"a}higkeit. In Ermangelung spezifischer normativer Regelungen finden die f{\"u}r den Neubau entwickelten Vorgaben auch im Bestandsbau Anwendung. Dies f{\"u}hrt h{\"a}ufig zu unangemessenen, wenig substanzschonenden Maßnahmen, welche zudem, nicht zuletzt aus {\"o}konomischen Gr{\"u}nden, die Attraktivit{\"a}t der Erhaltung bestehender Bausubstanz gegen{\"u}ber dem Neubau senkt. Die Notwendigkeit einer fokussierten Weiterentwicklung der Normung auf die Bed{\"u}rfnisse des Bestandsbaus wird deutlich. Aufgrund der besonderen Herausforderungen des Materials, des historischen Wertes gebauter Konstruktionen und seiner praktischen Relevanz und Aktualit{\"a}t spielt der Holzbau in diesem Zusammenhang eine besondere Rolle. In der Arbeit wird zur Konkretisierung der Forschungsl{\"u}cke zun{\"a}chst der aktuelle Stand normativer Regelungen und normungsvorbereitender Arbeiten in Deutschland und ausgew{\"a}hlten europ{\"a}ischen L{\"a}ndern dargelegt. Last- und Materialparameter werden zuverl{\"a}ssigkeitstheoretisch modelliert, wobei ein Schwerpunkt auf der Analyse der Methoden zur Verbesserung des Widerstandsmodells liegt. Folgend werden Studien zur Zuverl{\"a}ssigkeit von Holzbauteilen in ausgew{\"a}hlten, f{\"u}r historische Holzkonstruktionen typischen, Bemessungssituationen durchgef{\"u}hrt und die Ergebnisse in Bezug auf die geltenden normativen Festlegungen bewertet. Die Studien betreffen einachsige Beanspruchungen und Spannungskombinationen (Querschnittsversagen) aus st{\"a}ndigen Lasten, Nutz-, Schnee- und Windlasten. Einflussfaktoren auf die rechnerische Zuverl{\"a}ssigkeit werden mittels Sensitivit{\"a}tsstudien analysiert und bewertet. Nach einer Absch{\"a}tzung des impliziten Sicherheitsniveaus bei Anwendung normativer Regelungen im Holzbau werden Anpassungen der Zielzuverl{\"a}ssigkeit f{\"u}r Maßnahmen im Bestand diskutiert und Vorschl{\"a}ge f{\"u}r ein Instandsetzungs- und ein Reparaturlevel unterbreitet. F{\"u}r diese werden f{\"u}r relevante Bemessungssituationen des historischen Holzbaus probabilistische Kalibrierungen zur Optimierung des Teilsicherheitsbeiwertes des Materialwiderstands durchgef{\"u}hrt. Ergebnisse vereinfachter Verfahren werden vergleichend dargestellt bewertet. Abschließend wird ein Anwendungskonzept zur stufenweisen Modifizierung des Teilsicherheitsbeiwertes des Materialwiderstands f{\"u}r die praktische Anwendung entwickelt, welches Aktualisierungsm{\"o}glichkeiten der Tragf{\"a}higkeitsbewertung f{\"u}r unterschiedliche Kenntnisst{\"a}nde im individuellen Projekt erm{\"o}glicht und an praktischen Beispielen pr{\"a}sentiert.}, subject = {Holzbau; Bestandsbau; Zuverl{\"a}ssigkeit; Normungskalibrierung; Timber structures; Existing structures; Reliability; Code calibration; Holzbau; Bausubstanz; Bestandserhaltung; Modernisierung ; Normung}, language = {de} } @phdthesis{Krausche2020, author = {Krausche, Thomas}, title = {Zum Tragverhalten von geschweißten I-Tr{\"a}gern unter Ber{\"u}cksichtigung des Einflusses von Montagest{\"o}ßen}, issn = {1611-5023}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-55518}, school = {BTU Cottbus - Senftenberg}, year = {2020}, abstract = {Gegenstand der hier vorgestellten Arbeit sind Untersuchungen zur Vorhersage des Herstellungsprozesses bei der Fertigung von geschweißten Doppel-T-Tr{\"a}gern. Dabei wird der Zusammenbau der Einzelteile in der Werkstatt sowie das endg{\"u}ltige F{\"u}gen auf der Baustelle untersucht und dargestellt. Es wird insbesondere auf den Einfluss des Montagestoßes eingegangen, welcher unter verschiedenen Umgebungstemperaturen geschweißt wurde. Den experimentellen Untersuchungen, welche jeweils praxisnah in der Werkstatt und in der Großklimakammer unter verschiedenen Umgebungstemperaturen von -10 °C bis 20 °C (Raumtemperatur) durchgef{\"u}hrt wurden, sind Simulationsergebnisse, analytische Berechnungen sowie ingenieurtechnische Ans{\"a}tze des Schweißeinflusses gegen{\"u}bergestellt. Durch die Erfassung der Fertigung der Bauteile k{\"o}nnen geeignete Ingenieurmodelle zur Verf{\"u}gung gestellt werden, um anschließend eine Traglastuntersuchung f{\"u}r den Stabilit{\"a}tsfall durchzuf{\"u}hren. Schließlich f{\"u}hren die Untersuchungen dazu, dass die fachgerecht geschweißten Baustellenst{\"o}ße im betrachteten Temperaturbereich (bis -10 °C) f{\"u}r das Material und die Schweißeigenspannungen unbedenklich sind. F{\"u}r die Erfassung eines solchen Stoßes wurde ein ingenieurm{\"a}ßiger Ansatz ausgearbeitet, welcher die Schweißeinfl{\"u}sse ber{\"u}cksichtigt. Die Auswirkungen des Montagestoßes wurden somit in einer nichtlinearen Traglastanalyse ausgewertet. Der Einfluss des Montagestoßes auf die Traglast lag unter 5\% im ung{\"u}nstigsten Fall.}, subject = {Montagest{\"o}ße; Bauteilversuche; Stahlbau; Stabilit{\"a}t; Schweißeigenspannungen; Assembly joints; Component tests; Steel construction; Stability; Residual welding stresses; Doppel-T-Tr{\"a}ger; Schweißverbindung; Stoß ; Tragverhalten}, language = {de} } @phdthesis{Chwastek2020, author = {Chwastek, Agnieszka}, title = {Beitrag zur Entwicklung der Bemessungskonzepte f{\"u}r Dauerfestigkeitsberechnungen von Reparaturschweißungen auf Basis kleiner Konstruktionsdetails}, issn = {1611-5023}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-51608}, school = {BTU Cottbus - Senftenberg}, year = {2020}, abstract = {Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Analyse der Dauerfestigkeit von Schweißverbindungen nach erfolgter Reparatur des vorhandenen Erm{\"u}dungsrisses. In den aktuellen Regelwerken (wie Eurocode bzw. International Institute of Welding) liegen bis heute keine normativen Bemessungskonzepte f{\"u}r sanierte Schweißverbindungen vor. Diesbez{\"u}glich werden im Rahmen der vorliegenden Arbeit die herk{\"o}mmlichen Erm{\"u}dungsfestigkeitsnachweise (nach Nenn-, Struktur- und Kerbspannungskonzept) um die ermittelten FAT-Klassen f{\"u}r sanierte bzw. nachbehandelte Schweißverbindungen erg{\"a}nzt. Die Analyse betrachtet ein typisches kleinmaßst{\"a}bliches Bauteilelement des Stahlbaus, d.h. das Konstruktionsdetail der Quersteife. Dabei handelt es sich um nicht „belastungstragende" Kehln{\"a}hte, die eine bevorzugte Ausgangsstelle f{\"u}r Erm{\"u}dungsrisse an Naht{\"u}berg{\"a}ngen darstellen und daher stark erm{\"u}dungsfestigkeitsmindernd wirken. Die experimentellen Erm{\"u}dungsuntersuchungen in Form von klassischen W{\"o}hlerversuchen verf{\"u}gen {\"u}ber drei Gruppen von Versuchspr{\"u}fk{\"o}rpern. Die Gruppe I bezieht sich auf fehlerfreie Schweißn{\"a}hte, d.h. im Schweißzustand belassene Pr{\"u}fk{\"o}rper. Die Gruppe II betrifft die fehlerhaften Schweißn{\"a}hte, die durch Ausschleifen der potenziellen Risse und Wiederschweißen saniert wurden. Bei der Gruppe III werden die Pr{\"u}fk{\"o}rper zus{\"a}tzlich durch eine Schweißnahtnachbehandlungsmethode, d.h. mit h{\"o}herfrequentem H{\"a}mmern bearbeitet. Neben den klassischen Erm{\"u}dungsversuchen werden die Kerbwirkungen in erm{\"u}dungskritischen Stellen mit Hilfe der Finite-Elemente-Methode analysiert. Somit k{\"o}nnen die FAT-Klassen nach Nenn-, Struktur- und Kerbspannungskonzept f{\"u}r Reparaturschweißungen ermittelt werden. Um die relevante Vergleichbarkeit der entsprechenden Schweißnahtzust{\"a}nde bzw. Effektivit{\"a}t solcher Reparaturmaßnahmen sicherzustellen wird zus{\"a}tzlich eine ganze Serie von sog. Begleituntersuchungen durchgef{\"u}hrt. Dabei handelt es sich um Temperatur-, Verzugs- und H{\"a}rtemessungen, r{\"o}ntgenografische Eigenspannungsbestimmungen sowie metallographische Untersuchungen zur Bestimmung der Schmelzbadgeometrie bzw. des Nahtprofils. Vor allem wird im Rahmen dieser Arbeit ein Fokus auf die Eigenspannungsanalyse gelegt, um die tats{\"a}chliche Eigenspannungsverteilung in den entsprechenden Reparaturzust{\"a}nden zu ermitteln und somit eine Basis f{\"u}r verbesserte Bemessungsmodelle von sanierten und nachbehandelten Schweißn{\"a}hten zu erarbeiten. Bei den Gruppen I und II der Versuchspr{\"u}fk{\"o}rper betrifft die Eigenspannungsanalyse ebenso die Schweißsimulation.}, subject = {Erm{\"u}dungsfestigkeit; Eigenspannung; Kerbwirkung; Nahtnachbehandlungsverfahren; Reparaturschweißung; Fatigue strength; Repair of welds; Residual stress; Notch factor; Post-weld treatment; Stahlbau; Dauerfestigkeit; Erm{\"u}dungsriss; Bemessung; Schweißverbindung; Reparaturschweißen}, language = {de} } @phdthesis{Launert2019, author = {Launert, Benjamin}, title = {Untersuchungen an geschweißten I-Tr{\"a}gern aus normal- und hochfestem Baustahl: Beitrag zur Erweiterung der Tragf{\"a}higkeitsnachweise durch Einsatz der Schweißsimulation}, issn = {1611-5023}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-48825}, school = {BTU Cottbus - Senftenberg}, year = {2019}, abstract = {Im Stahlbau werden h{\"a}ufig Schweißtr{\"a}ger eingesetzt. Als Profilform ist die des I-Tr{\"a}gers am weitesten verbreitet. Die Fertigung dieser Querschnitte erfolgt heute {\"u}berwiegend vollmechanisiert im Werk durch z.B. Metall-Aktivgas-Schweißen. Dabei bewirkt der Schweißvorgang stets auch Eigenspannungen und Verformungen im Bauteil. Diese sogenannten Schweißimperfektionen zusammen mit weiteren Fertigungstoleranzen {\"u}berlagern sich im Bauteileinsatz mit Lastspannungen und bewirken dadurch eine Absenkung der Tragf{\"a}higkeit. Die Erfassung dieser Einfl{\"u}sse kann direkt im Rahmen einer vollst{\"a}ndig nichtlineareren, sogenannten GMNIA-Berechnung erfolgen. Diesbez{\"u}glich sind besonders mit der Annahme der Eigenspannungen in Tr{\"a}gern aktuell noch große Unsicherheiten verbunden. Zur direkten Ber{\"u}cksichtigung von Eigenspannungen kann auf verschiedene vereinfachte Eigenspannungsmodelle aus der Literatur zur{\"u}ckgegriffen werden. Diese basieren gr{\"o}ßtenteils auf rein geometrischen Festlegungen ohne Ber{\"u}cksichtigung von Fertigungsrandbedingungen oder der Stahlg{\"u}te. Nichtsdestotrotz haben sich diese einfachen Modelle, auch mangels des Fehlens aktuellerer Forschungsergebnisse, f{\"u}r numerische Berechnungen im Stahlbau bis zuletzt durchgesetzt. Des Weiteren bestehen heute M{\"o}glichkeiten, eine numerische Schweißstruktursimulation zur Ermittlung der Eigenspannungen in Schweißtr{\"a}gern durchzuf{\"u}hren. Auch die vereinfachten Schweißsimulationsmodelle zur Berechnung großer Bauteile haben sich in den letzten Jahren stetig weiterentwickelt. Im Stahlbau erfolgten bisher jedoch kaum Anwendungen dieser Methoden. Ein Schwerpunkt dieser Arbeit liegt deshalb in der Untersuchung von Methoden der Schweißsimulation im Hinblick auf eine Anwendung an Schweißtr{\"a}gern und hier im Speziellen an geschweißten I-Tr{\"a}gern. Im Ergebnis sollte ein numerisch-basierter, einfacher Ansatzes zur direkten Abbildung des Schweißeinflusses in Tragf{\"a}higkeitsberechnungen bereitgestellt werden. Mit einem solchen vereinfachten Schweißsimulationsmodell k{\"o}nnen zudem neben den Schweißeigenspannungen auch die Schweißverformungen berechnet werden. Der Einfluss des Fertigungsprozesses kann dadurch viel genauer in die Bemessung einbezogen werden. Ausgangspunkt der Untersuchungen bildeten Eigenspannungsmessungen an konventionell geschweißten I-Tr{\"a}gern aus normal- und hochfesten Baust{\"a}hlen. Anschließend wurden diese durch numerische Schweißstruktursimulationen erg{\"a}nzt. Danach erfolgte darauf aufbauend die Ableitung eines vereinfachten, numerischen Berechnungsmodells zur weiteren Ber{\"u}cksichtigung von Eigenspannungen in nichtlinearen Tragf{\"a}higkeitsmodellen. Abschließend wurden vergleichende numerische Tragf{\"a}higkeitsanalysen durchgef{\"u}hrt und daraus Empfehlungen f{\"u}r eine bessere Erfassung des Schweiß- und Materialeinflusses in der Tragf{\"a}higkeitsberechnung abgeleitet.}, subject = {Vereinfachtes Modell; Numerische Schweißsimulation; Doppel-T-Tr{\"a}ger; Baustahl; Schweißspannung; Numerisches Modell; Eigenspannungen; Geschweißter I-Tr{\"a}ger; Simplified model; Numerical welding simulation; Residual stresses; Welded I-girder; GMNIA}, language = {de} } @phdthesis{JaegerCanas2019, author = {J{\"a}ger-Ca{\~n}{\´a}s, Andreas}, title = {Beitrag zur Traglastermittlung ringversteifter Kreiszylinderschalen unter Axialdruck}, issn = {1611-5023}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-48115}, school = {BTU Cottbus - Senftenberg}, year = {2019}, abstract = {Die vorliegende Thesis besch{\"a}ftigt sich mit der Ermittlung des Beulwiderstands unversteifter sowie ringversteifter Kreiszylinderschalen unter Axialdruckbelastung. Der Fokus liegt dabei auf besonders d{\"u}nnwandigen Schalen mit engem und weitem Ringsteifenabstand. Besonders d{\"u}nnwandige Tanks mit Ringsteifen werden vor allem im landwirtschaftlichen Bereich eingesetzt. Typische Beh{\"a}lter sind aus rostfreiem Stahl gefertigt und erzielen eine hohe Wirtschaftlichkeit durch einen optimalen Materialeinsatz. Ringsteifen helfen den Widerstand gegen{\"u}ber Wind und Unterdruck drastisch zu erh{\"o}hen. Untersuchungen in den 1960ern und 70ern zeigten, dass die Steifen auch den Axialbeulwiderstand erh{\"o}hen. Eine Neubewertung publizierter Experimente f{\"u}r besonders d{\"u}nnwandige Kreiszylinderschalen wurde durchgef{\"u}hrt. Es zeigte sich, dass die aktuelle Norm in Teilbereichen zu sicher ist. Anhand von Traglastberechnungen wurden Beulparameter bestimmt, die eine wirtschaftlichere und dennoch sichere Bemessung dieser Strukturen zulassen. Die Ergebnisse der Parameterstudien an engringversteiften Kreiszylinderschalen best{\"a}tigten das, aus den publizierten Experimenten erwartete, hohe Tragf{\"a}higkeitsniveau. Bei kr{\"a}ftigen Ringsteifen spielt zunehmend die Plastizit{\"a}t des Materials eine maßgebende Rolle. Durch die Auswertung der modifizierten Kapazit{\"a}tskurve konnten f{\"u}r verschiedene Steifenkonfigurationen die Beulkurvenparameter bestimmt werden. Anschließend wurde eine Interpolationsvorschrift ermittelt, mit der Beulwiderst{\"a}nde f{\"u}r alle m{\"o}glichen Parameterkombinationen ermittelt werden k{\"o}nnen. Numerische Untersuchungen an beliebig ringversteiften Kreiszylinderschalen zeigten, dass die Tragf{\"a}higkeit ab einem Abstand von zwei Beulhalbwellen deutlich abnimmt. Durch die Auswertung der Traglastberechnungen mithilfe der modifizierten Kapazit{\"a}tskurve und die Interpolation {\"u}ber den Steifenabstand konnten Beulkurvenparameter ermittelt werden. Diese erm{\"o}glichen die Bestimmung der Traglast in Abh{\"a}ngigkeit vom Steifenquerschnitt f{\"u}r beliebig ringversteifte Schalen. Vereinfachungen des Nachweisverfahrens wurden hergeleitet, die eine Traglastermittlung {\"u}ber die Bestimmung von nur zwei Referenzwiderst{\"a}nden erm{\"o}glichen. Mit den angegebenen Bemessungsgleichungen kann der praktizierende Ingenieur in guter N{\"a}herung der FEM-Ergebnisse Traglasten f{\"u}r axialdruckbelastete Kreiszylinderschalen mit beliebiger Ringsteifenkonfiguration ermitteln, ohne selbst numerische Simulationen erstellen zu m{\"u}ssen.}, subject = {Stahlbau; Stabilit{\"a}t; Schalenbeulen; Axialbeulen; Ringsteife; Axial buckling; Ring stiffener; Shell buckling; Stability; Steel construction; D{\"u}nnwandiger Kreiszylinder; Kreiszylinderschale; Stahl; Beulung; Axialbelastung}, language = {de} } @phdthesis{Li2018, author = {Li, Zheng}, title = {Statistical size effect in steel structure and corresponding influence on structural reliability}, issn = {1611-5023}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-45557}, school = {BTU Cottbus - Senftenberg}, year = {2018}, abstract = {This thesis aims to investigate the statistical size effect in the elasto-plastic material and the corresponding reliability of steel structures. The core idea is that the stochastic material properties are directly embedded in mechanical calculations to develop a more accurate and economical design method for steel structure. Moreover, the results of the experimental investigation with different specimen sizes, whose diameter is limit up to 32 mm, show that the statistical size effect exists in steel structures. This thesis demonstrates finally that the structural reliability is affected by the statistical size effect and the structural safety can be optimized by considering this effect. Because of the uncertainty and non-uniformity of the microscopic imperfection distribution, the material strength in macroscale presents complex randomness. This study described the randomness of material properties through two different ways: developing a stochastic material model for elasto-plastic material and establishing a discrete random field with a general mathematical program. The proposed stochastic material model is extended to analyze the steel structure with multiaxial stress and is integrated into the commercial FEM software for analysis of the complex structures with stress gradient. The stochastic finite element method is implemented to analyze the response of the 3D structures by a general-purpose FEM program when the random field file is imported into the finite element model. The uniaxial tensile tests with different specimen sizes and different material are carried out to demonstrate the statistical size effect in steel structures. The results show that the variations of the yield and tensile strength increase with the decreasing specimen volume. Moreover, according to the bending tests, it is obvious that the structural component strength is not only related to the specimen volume, but also the stress distribution. These two proposed simulation methods, which are an extension and supplement to traditional simulation methods, can effectively simulate the statistical size effect for the tensile and flexural components in steel structures. Finally, it is found by studying the influence of statistical size effect on structural reliability that the strength, which is obtained by small specimens through statistical analysis in the laboratory, is no more accurately applicable to large construction. The reliability theory for the structural safety which exists over the decades can be compared and validated or improved through the embedding the stochastic material properties in the numerical simulation.}, subject = {Statistical size effect; Steel structure; Stochastic material model; Stochastic finite element method; Structural reliability; Statistischer Maßstabseffekt; Stahlbau; Stochastisches Materialmodell; Stochastische Finite-Elemente-Methode; Strukturelle Zuverl{\"a}ssigkeit; Stahlbau; Finite-Elemente-Methode; Stochastik; Stoffeigenschaft; Zuverl{\"a}ssigkeit}, language = {en} } @phdthesis{Ciupack2016, author = {Ciupack, Yvonne}, title = {Untersuchungen zur Bedeutung und Anwendung der Zuverl{\"a}ssigkeitstheorie im Bauwesen am Beispiel von Stahlklebverbindungen}, issn = {1611-5023}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-40779}, school = {BTU Cottbus - Senftenberg}, year = {2016}, abstract = {Der nationale und internationale Wettbewerbsdruck in der Baubranche m{\"u}ndet in immer komplexeren Strukturen, ressourceneffizienten Bemessungsprinzipien sowie innovativen Produkt- und Konstruktionsideen. Die Aufgabe von Ingenieuren ist es, diese Weiterentwicklungen f{\"u}r die Gesellschaft nutzbar zu machen und dabei ein gefordertes Sicherheitsniveau zu gew{\"a}hrleisten. Um Neusch{\"o}pfungen, seien sie konstruktiver oder analytischer Art, der Gesellschaft zug{\"a}nglich zu machen, ist unter Umst{\"a}nden eine Erweiterung des Sicherheitsbegriffs notwendig. Denn {\"u}ber den Wirkungshorizont des Bauingenieurs hinaus ist das Begriffsfeld in allen Funktionszusammenh{\"a}ngen bedeutsam und nicht selten Entscheidungstr{\"a}ger f{\"u}r die Verwirklichung von Konstruktionen. An dieser Problemstellung setzt die Arbeit an. {\"U}bliche zuverl{\"a}ssigkeitstheoretische Verfahrensweisen werden f{\"u}r komplexe analytische Modelle angewandt. Untersuchungsobjekte sind dabei zwei Anwendungsbeispiele aus dem Stahlfassadenbau, bei denen erstmals geklebte L{\"o}sungen zum Einsatz kommen. In eigenen Untersuchungen wird die Tragf{\"a}higkeit der Konstruktionen unter Nutzung von experimentellen Erhebungen charakterisiert. Desweiteren werden die Anwendungsgrenzen und stochastischen Fragestellungen der typischen Methoden der Zuverl{\"a}ssigkeitstheorie im Bauwesen diskutiert.}, subject = {Stahlbau; Klebtechnologie; Zuverl{\"a}ssigkeit; Steel Construction; Bonding Technology; Reliability}, language = {de} }