TY - THES A1 - Linke, Gunter T1 - Festigkeitssortierung von Holzbauteilen beim Bauen im Bestand : ein Beitrag zur substanzschonenden Erhaltung historischer Gebäude T1 - Strength grading of timber components for existing buildings : a contribution to the conservation of historical buildings N2 - 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 für die Errichtung von Neubauten geltenden Normen auch im Zuge der Instandsetzung bestehender Konstruktionen anzuwenden. Dazu ist auch Kenntnis über die vorhandene Materialqualität erforderlich. Diese wird in der Praxis meist nur abgeschätzt, da bis dato keine konkreten normativen Regelungen für die Bewertung von Holzbauteilen in bestehenden Konstruktionen existieren. Tragfähigkeitsreserven und -defizite können so nicht erfasst werden. Dies kann zu unwirtschaftlichen, unverhältnismäßigen und nicht fachgerechten Eingriffen in die Bausubstanz führen. Das ist aus ökonomischer, ökologischer und denkmalpflegerischer Sicht nicht vertretbar. Das Ziel der Arbeit war die Adaption der in Deutschland geltenden normativen Regeln für die Festigkeitssortierung von neuem Bauholz zur Anwendung in Bestandsbauten. Hauptaugenmerk lag auf der Kombination visueller und zerstörungsfreier/-armer Prüfmethoden. Deren zuverlässige Anwendung erfordert ein statistisch abgesichertes Auswertungsmodell. Dahin-gehend wurde eine ausführliche Literaturstudie zur Festigkeitssortierung von Bauholz, zur Bauzustandsbewertung von Bestandsbauten und der zerstörungsfreien/-armen Prüfung von Holz geführt. Darauf aufbauend erfolgten umfangreiche Materialversuche an Proben in Bauholzdimension zur Anwendbarkeit ausgewählter zerstörungsfreier/-armer Prüfmethoden. Die auf dieser Grundlage entwickelte Festigkeitssortiermethode wurde in zusätzlichen Versuchen an altem Bauholz und in bestehenden Konstruktionen erprobt. Die Ergebnisse zeigen, dass die visuelle Sortierung für die Erfassung der Holzqualität in-situ nicht zuverlässig genug ist. Gleiches gilt für eine alleinige Anwendung zerstörungsfreier/-armer Prüfmethoden. Die Kombination beider Methoden mit Hilfe eines statistisch abgesicherten Auswertungsmodells führt zu einer wesentlich zuverlässigeren Abschätzung der Materialqualität. Die entwickelte Festigkeitssortiermethode ermöglicht darüber hinaus die Anpassung des Untersuchungsumfangs auf die jeweilige Konstruktion und deren spezifischen An-forderungen. Die Erprobung zeigt, dass Tragfähigkeitsreserven und -defizite zuverlässig er-mittelt werden können. In den durchgeführten 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 gegenüber der aktuellen Praxis bei der Bewertung bestehender Holzkonstruktionen. Sie eröffnet die Möglichkeit, Instandsetzungsmaßnahmen substanzschonender und wirtschaftlicher zu planen.   N2 - This thesis is concerned with systematic investigations for the development of a method for strength grading of timber components in existing structures. The need for this arises from the requirement of the building authorities to apply the standards applicable to the erection of new buildings to the repair of existing structures. This also requires knowledge of the existing material quality. In practice, this is usually only estimated, as to date there are no specific standardised regulations for the assessment of timber components in existing structures. Load-bearing capacity reserves and deficits cannot be recognised in this way. This can lead to uneconomical, disproportionate and inappropriate interventions in the building fabric. This is unacceptable from an economic, ecological and conservation point of view. The aim of the thesis was to adapt the normative german regulations for the strength grading of new construction timber for the application in existing structures. The main focus was on the combination of visual and non-/semi-destructive test methods. Their reliable application requires a statistically validated evaluation model. To this end, a detailed literature study was conducted on the strength grading of structural timber, the assessment of the structural condition of existing buildings and the non-/semi-destructive testing of timber. Based on this, extensive material tests were carried out on samples in the dimension of construction timber to determine the applicability of selected non-/semi-destructive testing methods. The strength grading method developed on this basis was trialled in additional tests on old timber and in existing structures. The results show that visual grading is not reliable enough for determining wood quality in-situ. The same applies to the sole use of non-/semi-destructive testing methods. The combination of both methods with the help of a statistically analysed evaluation model leads to a much more reliable estimation of the material quality. The developed strength grading method also enables the scope of the test to be adapted to the respective construction and its specific requirements. The trial shows that load-bearing capacity reserves and deficits can be reliably determined. In the case studies carried out on historical timber constructions, reserves of (17 ... 67) % of the strength and (7 ... 27) % of the stiffness were found. At the same time, individual components that could not be used as construction timber on the basis of visual sorting could be assigned to a strength class in accordance with EN 338. The application of the developed methodology for in-situ strength grading is therefore a significant improvement on current practice in the assessment of existing timber structures. This opens up the possibility of planning redevelopment measures in a more substance-careful and economical way. T3 - Schriftenreihe Stahlbau - 22 KW - Festigkeitssortierung KW - Bestehende Holzkonstruktionen KW - Zerstörungsfreie Prüfung KW - Strength grading KW - Existing timber structures KW - Non-destructive testing KW - Bauen im Bestand KW - Holzbau KW - Bauteil KW - Fedtigkeit KW - Zerstörungsfreie Werkstoffprüfung KW - Visuelle Prüfung Y1 - 2024 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-66905 ER - TY - THES A1 - Shlychkova, Darita T1 - Lightweight structured steel members : properties and application T1 - Leichte strukturierte Tragwerkselemente aus Stahl : Eigenschaften und Anwendung N2 - 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. N2 - Diese Dissertation widmet sich dem Thema strukturierte Bleche. Strukturbleche sind Halbzeuge und haben eine Wabenform, die durch Kaltverformung der Flachbleche hergestellt werden. Sie stellen eine innovative Technologie im Bereich Leichtbau dar. In den letzten Jahren hat diese Technologie eine dynamische Entwicklung erfahren, was den Forschern Möglichkeiten gibt, den Wissensstand über die Eigenschaften von strukturierten Blechen zu verbessern und neue Anwendungsfelder für sie zu erforschen. Die Strukturierung verbessert grundlegenden Eigenschaften, wie beispielsweise die Steifigkeit, im Vergleich zum Flachmaterial. Aufgrund dieser Vorteile bietet der Einsatz den strukturierten Blechen in vielen Industriebereichen ein enormes Innovationspotenzial für eine effiziente Leichtbau. Strukturierte Bleche finden bereits Anwendung in der Beleuchtungstechnik, bei der Herstellung von Haushaltsgeräten und sogar in der Automobilindustrie. Daher stellt sich die Frage, ob es möglich wäre, diese Art von Material erfolgreich in anderen Bereichen, wie zum Beispiel in der Bauindustrie, einzusetzen. Diese Arbeit verschafft einen Überblick über der Entstehungsprozess strukturierter Bleche, die Herstellung der untersuchten Probekörpern, weiterführende Biegeversuche, numerische Simulationen, Analyse und Vergleich der resultierenden Daten, wie auch mögliche Weiterverwendung des Leichtbauträgers mit strukturierten Blechelementen im Hochbau. In dieser Arbeit werden Träger aus strukturierten und ebenen Blechen untersucht. Die Stufen des Herstellprozesses von strukturierten Blechen können wie folgt beschrieben werden: Hydroforming, Punkt- und Laserschweißen und Biegen. Jede untersuchte Form wurde in vier unterschiedlichen Varianten vorgefertigt. Jede Variante verfügt über die gleiche Geometrie und unterscheiden sich durch ihre Dicke. Biegeversuche werden an den erstellten Trägern unter Belastung durchgeführt. Die hierfür ausgewählten Methoden sind die Drei- und Vierpunkt-Biegeversuche. Diese Arbeit präsentiert auch die numerischen Analysen, die sich auf durchgeführten Untersuchungen basieren. Knicken und das nichtlineare Verhalten von Proben werden durch die Anwendung des Softwarepakets ABAQUS/CAE abgebildet. Das Verhalten der Träger mit strukturierten und ebenen Blechen wird unter Belastung analysiert. Anschließend wird der Vergleich von Tragfähigkeit und Steifigkeiten gezogen. Zusätzlich zu den Versuchen und Simulationen wurde eine parametrische Modellierung vorgenommen. Außerdem auf der Grundlage den parametrischen Berechnungen wird der Vorschlag zur Berechnung für die Träger mit größeren Dicken gegeben. Es ermöglicht die Vorhersage des Verhaltens von Trägern aus strukturierten Blechen, die über den unterschiedlichen Dicken verfügen, ohne die Herstellung und Durchführung von kostenintensiven und zeitaufwändigen Laboruntersuchungen. Abschließend werden Empfehlungen zur Vereinfachung des Herstellungsprozesses und zur Verbesserung der Trägersteifigkeit gegeben. T3 - Schriftenreihe Stahlbau - 21 KW - Lightweight constructions KW - Sandwich members KW - Structured sheet metals KW - Leichtbau KW - Sandwichelemente KW - Strukturierte Bleche KW - Leichte Stahlträger KW - Träger KW - Blech KW - Strukturiertes Blech KW - Belastung KW - Tragverhalten KW - Steifigkeit Y1 - 2023 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-65311 SN - 1611-5023 ER - TY - THES A1 - Shoushtarian Mofrad, Ashkan T1 - Evaluating bending and translational behavior of sandwich panels at ambient and elevated temperatures T1 - Bewertung des Biege- und Translationsverhaltens von Sandwichelementen bei Raumtemperatur und erhöhten Temperaturen N2 - 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. N2 - Stahlverkleidungskonstruktionen wie Sandwichelemente können Aussteifungssysteme ersetzen, um einzelnen Bauteilen wie Trägern und Stützen zusätzliche Stabilität zu verleihen. Frühere Forschungen untersuchten die stabilisierende Wirkung von Sandwichelementen auf die gesamte Struktur bei Raumtemperaturen. Es wurde gezeigt, dass bei der Verwendung von Stahlverkleidungssystemen erhebliche Einsparungen erzielt werden können. Im Projekt STABFI (Steel Cladding Systems for Stabilisation of Steel Buildings in Fire) war das primäre Ziel die Untersuchung des stabilisierenden Verhaltens von Bekleidungssystemen im Brandfall. Die vorliegende Arbeit ist ein Teil des STABFI-Projekts und beschäftigt sich mit der Biege- und Translationssteifigkeit von Sandwichpaneelen bei Raum- und erhöhten Temperaturen. Die Arbeit besteht aus zwei separaten Teilen, dem Biege- und dem Translationsverhalten von Sandwichpaneelen bei Umgebungs- und erhöhter Temperatur. Im ersten Teil der Arbeit werden die in Prag durchgeführten Biegeversuche beschrieben. Die experimentellen Ergebnisse werden in der ersten Phase dieses Teils vorgestellt. Ein Finite-Elemente-Modell (FE) wird entwickelt, um die Simulationen mit den experimentellen Ergebnissen zu validieren, danach wird eine umfassende parametrische Studie durchgeführt. Während der parametrischen Studie werden verschiedene Faktoren wie Plattendicke, Breite, Spannweite, die Dicke der Stahlbleche und der Einfluss des Feuers auf das mechanische Verhalten der Platten untersucht. Außerdem werden die analytischen Lösungen aus den Eurocodes (EN 14509, 2013) bei Umgebungstemperatur verwendet, um die Biegesteifigkeitswerte vorherzusagen. Die analytischen Lösungen werden dann für die Anwendung bei erhöhten Temperaturen entwickelt, indem die Reduktionsfaktoren in die Gleichungen aufgenommen werden. Schließlich wird die Genauigkeit der vorgeschlagenen analytischen Gleichungen mit numerischen Ergebnissen verglichen. Im zweiten Teil der Arbeit wird nach der Vorstellung der ebenfalls in Prag Translationsversuche und der Validierung der FE-Modelle eine umfangreiche parametrische Studie zu den entscheidenden Faktoren wie den Stahlblechdicken, Schraubendurchmessern und Temperatureffekten auf das Verhalten der Sandwichelementverbindungen durchgeführt. Die parametrische Studie zeigt, wie sich die einzelnen Parameter auf die Scherfestigkeit und Steifigkeit von Sandwichelementverbindungen auswirken. Darüber hinaus wird die Verschlechterung des Scherverhaltens bei erhöhten Temperaturen bewertet. Die analytischen Lösungen aus dem ECCS-Handbuch werden verwendet, um die Schersteifigkeit und den Widerstand der Verbindungen bei Raumtemperaturen abzuschätzen. Bei erhöhten Temperaturen werden die Gleichungen entwickelt, um die oben genannten Werte für den Brandfall zu antizipieren. Abschließend werden die Sicherheit und Genauigkeit der vorgeschlagenen analytischen Lösungen bewertet. T3 - Schriftenreihe Stahlbau - 20 KW - Sandwich panels KW - Finite element method KW - Fire KW - Resistance KW - Stiffness KW - Sandwichelemente KW - Finite-Elemente-Modell KW - Feuer KW - Widerstand KW - Steifigkeit KW - Sandwichbauweise KW - Stahl KW - Finite-Elemente-Methode KW - Steifigkeit KW - Biegung KW - Thermische Belastung Y1 - 2022 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-59410 SN - 1611-5023 ER - TY - THES A1 - Loebjinski, Maria T1 - Bewertung der Tragfähigkeit von Holzkonstruktionen beim Bauen im Bestand : ein Beitrag zur substanzschonenden Erhaltung von bestehenden Gebäuden T1 - Evaluation of the load-bearing capacity of existing timber structures : a contribution to a substance-careful preservation of existing buildings N2 - Die geltende Normung zur Konstruktion und Bemessung baulicher Anlagen fußt auf dem Prinzip der Grenzzustände. Normative Vorgaben und Empfehlungen befinden sich in stetiger Weiterentwicklung zur kontinuierlichen Verbesserung des europäischen Normungskonzepts unter Einbeziehung aktueller wissenschaftlicher Erkenntnisse und Erfahrungen aus der praktischen Umsetzung. Während die Normung im Neubau den aktuellen Wissensstand gut widerspiegelt, bestehen für den Bestandsbau nur wenige Vorgaben zur Bestandsaufnahme, sowie zur Bewertung der Tragfähigkeit. In Ermangelung spezifischer normativer Regelungen finden die für den Neubau entwickelten Vorgaben auch im Bestandsbau Anwendung. Dies führt häufig zu unangemessenen, wenig substanzschonenden Maßnahmen, welche zudem, nicht zuletzt aus ökonomischen Gründen, die Attraktivität der Erhaltung bestehender Bausubstanz gegenüber dem Neubau senkt. Die Notwendigkeit einer fokussierten Weiterentwicklung der Normung auf die Bedürfnisse des Bestandsbaus wird deutlich. Aufgrund der besonderen Herausforderungen des Materials, des historischen Wertes gebauter Konstruktionen und seiner praktischen Relevanz und Aktualität spielt der Holzbau in diesem Zusammenhang eine besondere Rolle. In der Arbeit wird zur Konkretisierung der Forschungslücke zunächst der aktuelle Stand normativer Regelungen und normungsvorbereitender Arbeiten in Deutschland und ausgewählten europäischen Ländern dargelegt. Last- und Materialparameter werden zuverlässigkeitstheoretisch modelliert, wobei ein Schwerpunkt auf der Analyse der Methoden zur Verbesserung des Widerstandsmodells liegt. Folgend werden Studien zur Zuverlässigkeit von Holzbauteilen in ausgewählten, für historische Holzkonstruktionen typischen, Bemessungssituationen durchgeführt und die Ergebnisse in Bezug auf die geltenden normativen Festlegungen bewertet. Die Studien betreffen einachsige Beanspruchungen und Spannungskombinationen (Querschnittsversagen) aus ständigen Lasten, Nutz-, Schnee- und Windlasten. Einflussfaktoren auf die rechnerische Zuverlässigkeit werden mittels Sensitivitätsstudien analysiert und bewertet. Nach einer Abschätzung des impliziten Sicherheitsniveaus bei Anwendung normativer Regelungen im Holzbau werden Anpassungen der Zielzuverlässigkeit für Maßnahmen im Bestand diskutiert und Vorschläge für ein Instandsetzungs- und ein Reparaturlevel unterbreitet. Für diese werden für relevante Bemessungssituationen des historischen Holzbaus probabilistische Kalibrierungen zur Optimierung des Teilsicherheitsbeiwertes des Materialwiderstands durchgeführt. Ergebnisse vereinfachter Verfahren werden vergleichend dargestellt bewertet. Abschließend wird ein Anwendungskonzept zur stufenweisen Modifizierung des Teilsicherheitsbeiwertes des Materialwiderstands für die praktische Anwendung entwickelt, welches Aktualisierungsmöglichkeiten der Tragfähigkeitsbewertung für unterschiedliche Kenntnisstände im individuellen Projekt ermöglicht und an praktischen Beispielen präsentiert. N2 - Current codes for the design and evaluation of structures are based on the limit states format. Codes and standards are under continuous development to consider recent scientific findings and experience from practical application. While codes embracing the design of new structures rather well reflect current knowledge, only few recommendations concerning the assessment and evaluation of existing structures are available. Due to this lack of specific normative regulation, codes developed for the design of new structures are applied for the evaluation of existing ones as well. This often leads to inappropriate, less substance-careful technical measures that, not at least due to economic constraints, lower the attractivity of the preservation of existing structures compared to the erection of new ones. The need for a focused further development of codes and standards considering the specific needs when working with existing structures comes into sight. Due to special challenges coming with the natural grown material, the historic value of built structures and its practical relevance and actuality, existing timber structures play a central role in this context. Aiming for an ascertainment of the scientific gap, this research presents codes and pre-normative work in Germany and selected European countries in a first step. Load and material parameters are modelled from a reliability-based point of view; a focus is set on the analysis of methods for the improvement of the material model. In a next step, reliability analyses of timber elements in selected limit states relevant for historic timber structures are performed and evaluated within the context of current codified design rules. Studies are focussed on uniaxial stresses and stress combinations from permanent actions, live, snow and wind loads. Parameters influencing the calculated reliability are analysed and evaluated by sensitivity studies. Based on an evaluation of the implicit safety level calculated applying current normative design rules for timber structures, modifications of the target reliability for technical measures in existing structures are discussed and a proposal for a maintenance and a rehabilitation level is provided. For these levels and relevant limit states, probabilistic calibrations for an optimisation of the partial safety factor on the material side are performed. Results of simplified methods are considered as a comparison and results are discussed. Finally, a concept including the stepwise modification of the partial safety factor for structural timber intended for practical application is developed. Options to update the evaluation of the load-bearing capacity of a structure in an individual project depending on the knowledge level are shown and illustrated by practical examples. T3 - Schriftenreihe Stahlbau - 19 KW - Holzbau KW - Bestandsbau KW - Zuverlässigkeit KW - Normungskalibrierung KW - Timber structures KW - Existing structures KW - Reliability KW - Code calibration KW - Holzbau KW - Bausubstanz KW - Bestandserhaltung KW - Modernisierung KW - Normung Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-55934 SN - 1611-5023 ER - TY - THES A1 - Krausche, Thomas T1 - Zum Tragverhalten von geschweißten I-Trägern unter Berücksichtigung des Einflusses von Montagestößen T1 - On the load-bearing behavior of welded I-beams taking into account the influence of assembly joints N2 - Gegenstand der hier vorgestellten Arbeit sind Untersuchungen zur Vorhersage des Herstellungsprozesses bei der Fertigung von geschweißten Doppel-T-Trägern. Dabei wird der Zusammenbau der Einzelteile in der Werkstatt sowie das endgültige Fügen 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) durchgeführt wurden, sind Simulationsergebnisse, analytische Berechnungen sowie ingenieurtechnische Ansätze des Schweißeinflusses gegenübergestellt. Durch die Erfassung der Fertigung der Bauteile können geeignete Ingenieurmodelle zur Verfügung gestellt werden, um anschließend eine Traglastuntersuchung für den Stabilitätsfall durchzuführen. Schließlich führen die Untersuchungen dazu, dass die fachgerecht geschweißten Baustellenstöße im betrachteten Temperaturbereich (bis -10 °C) für das Material und die Schweißeigenspannungen unbedenklich sind. Für die Erfassung eines solchen Stoßes wurde ein ingenieurmäßiger Ansatz ausgearbeitet, welcher die Schweißeinflüsse berücksichtigt. Die Auswirkungen des Montagestoßes wurden somit in einer nichtlinearen Traglastanalyse ausgewertet. Der Einfluss des Montagestoßes auf die Traglast lag unter 5% im ungünstigsten Fall. N2 - The subject of the presented work are investigations on the prediction of the manufacturing process in the production of welded Double-T girders. The assembly of the individual parts in the workshop as well as the final joining on the construction site are examined and presented. Particular attention is paid to the influence of the assembly joint, which was welded under different ambient temperatures. The experimental investigations, which were carried out practically in the workshop and in the large-scale chamber under different ambient temperatures of -10 °C to 20 °C (room temperature), are compared with simulation results, analytical calculations as well as engineering approaches of welding influence. By capturing the manufacturing of the components, suitable engineer models can be provided to subsequently carry out a structural load capacity analysis for a given stability case. Finally, the investigations lead to the fact that the professionally welded construction site joints within the considered temperature range (down to -10 °C) are harmless for the material and the welding residual stresses. For the consideration of the assembly joint, an engineering approach was developed, which takes into account the welding influences. The effects of the assembly joint were thus evaluated in a nonlinear load analysis. The influence of the assembly joint on the load capacity was less than 5% in the worst case. T3 - Schriftenreihe Stahlbau - 18 KW - Montagestöße KW - Bauteilversuche KW - Stahlbau KW - Stabilität KW - Schweißeigenspannungen KW - Assembly joints KW - Component tests KW - Steel construction KW - Stability KW - Residual welding stresses KW - Doppel-T-Träger KW - Schweißverbindung KW - Stoß KW - Tragverhalten Y1 - 2020 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-55518 SN - 1611-5023 ER - TY - THES A1 - Chwastek, Agnieszka T1 - Beitrag zur Entwicklung der Bemessungskonzepte für Dauerfestigkeitsberechnungen von Reparaturschweißungen auf Basis kleiner Konstruktionsdetails T1 - Contribution for supplementing the assessment concepts of fatigue strength calculations for small-scale construction details with repaired welds N2 - Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Analyse der Dauerfestigkeit von Schweißverbindungen nach erfolgter Reparatur des vorhandenen Ermüdungsrisses. In den aktuellen Regelwerken (wie Eurocode bzw. International Institute of Welding) liegen bis heute keine normativen Bemessungskonzepte für sanierte Schweißverbindungen vor. Diesbezüglich werden im Rahmen der vorliegenden Arbeit die herkömmlichen Ermüdungsfestigkeitsnachweise (nach Nenn-, Struktur- und Kerbspannungskonzept) um die ermittelten FAT-Klassen für sanierte bzw. nachbehandelte Schweißverbindungen ergänzt. Die Analyse betrachtet ein typisches kleinmaßstäbliches Bauteilelement des Stahlbaus, d.h. das Konstruktionsdetail der Quersteife. Dabei handelt es sich um nicht „belastungstragende“ Kehlnähte, die eine bevorzugte Ausgangsstelle für Ermüdungsrisse an Nahtübergängen darstellen und daher stark ermüdungsfestigkeitsmindernd wirken. Die experimentellen Ermüdungsuntersuchungen in Form von klassischen Wöhlerversuchen verfügen über drei Gruppen von Versuchsprüfkörpern. Die Gruppe I bezieht sich auf fehlerfreie Schweißnähte, d.h. im Schweißzustand belassene Prüfkörper. Die Gruppe II betrifft die fehlerhaften Schweißnähte, die durch Ausschleifen der potenziellen Risse und Wiederschweißen saniert wurden. Bei der Gruppe III werden die Prüfkörper zusätzlich durch eine Schweißnahtnachbehandlungsmethode, d.h. mit höherfrequentem Hämmern bearbeitet. Neben den klassischen Ermüdungsversuchen werden die Kerbwirkungen in ermüdungskritischen Stellen mit Hilfe der Finite-Elemente-Methode analysiert. Somit können die FAT-Klassen nach Nenn-, Struktur- und Kerbspannungskonzept für Reparaturschweißungen ermittelt werden. Um die relevante Vergleichbarkeit der entsprechenden Schweißnahtzustände bzw. Effektivität solcher Reparaturmaßnahmen sicherzustellen wird zusätzlich eine ganze Serie von sog. Begleituntersuchungen durchgeführt. Dabei handelt es sich um Temperatur-, Verzugs- und Härtemessungen, röntgenografische 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 tatsächliche Eigenspannungsverteilung in den entsprechenden Reparaturzuständen zu ermitteln und somit eine Basis für verbesserte Bemessungsmodelle von sanierten und nachbehandelten Schweißnähten zu erarbeiten. Bei den Gruppen I und II der Versuchsprüfkörper betrifft die Eigenspannungsanalyse ebenso die Schweißsimulation. N2 - This work deals with the analysis of the fatigue strength of welded joints after the repair of an existing fatigue crack. In the current regulations, such as Eurocode or the International Institute of Welding, there are still no standard fatigue design concepts for repaired welded joints. Therefore, this work supplements the conventional fatigue strength classes by the determined FAT classes, according to the nominal, structural and notch stress concept, for repaired or post-treated welded joints. The analysis investigates typical small-scale steel specimens of transverse attachments. Those elements have non-load-carrying fillet welds. Such weld seams cause local concentration of stresses at weld toes, which can lead to initiation of fatigue cracks and reduce the fatigue resistance of the whole construction detail. The experimental fatigue strength tests, based on classic Wöhler analysis, were divided into three groups of specimens. The group I refers to specimens with flawless welds, i.e. they were left in the as-welded state. The group II concerns the flawed welds renovated by grinding the existed crack at weld toe and re-welding. The specimens in the group III were additionally supplemented by post-weld treatment methods. Besides the fatigue strength tests the notch effects at the critical location were analyzed by means of the finite element method. Thus, according to the nominal, structural and notch stress concepts for repair welds the FAT classes can be determined. In order to assure the relevant comparability of the corresponding weld states and the effectiveness of such repair methods, a whole series of so-called accompanying examinations were carried out. The temperature, distortion and hardness measurements, x-ray residual stress determination as well as the metallographic examination were taken into account to determine the weld geometry and the seam profile. This work focuses specifically on the residual stress analysis in order to determine the actual residual stress distribution in the appropriate repair states and thus to develop a basis for the replenishment of fatigue design concepts for construction details with repaired and post-treated weld seams. The residual stress analysis of the test specimens in groups I and II also contains the welding simulation. T3 - Schriftenreihe Stahlbau - 17 KW - Ermüdungsfestigkeit KW - Eigenspannung KW - Kerbwirkung KW - Nahtnachbehandlungsverfahren KW - Reparaturschweißung KW - Fatigue strength KW - Repair of welds KW - Residual stress KW - Notch factor KW - Post-weld treatment KW - Stahlbau KW - Dauerfestigkeit KW - Ermüdungsriss KW - Bemessung KW - Schweißverbindung KW - Reparaturschweißen Y1 - 2020 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-51608 SN - 1611-5023 ER - TY - THES A1 - Launert, Benjamin T1 - Untersuchungen an geschweißten I-Trägern aus normal- und hochfestem Baustahl: Beitrag zur Erweiterung der Tragfähigkeitsnachweise durch Einsatz der Schweißsimulation T1 - Investigations on welded I-beams of normal and high-strength structural steel: Extension of capacity design concepts by implementing welding simulation solutions N2 - Im Stahlbau werden häufig Schweißträger eingesetzt. Als Profilform ist die des I-Trägers am weitesten verbreitet. Die Fertigung dieser Querschnitte erfolgt heute überwiegend 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 überlagern sich im Bauteileinsatz mit Lastspannungen und bewirken dadurch eine Absenkung der Tragfähigkeit. Die Erfassung dieser Einflüsse kann direkt im Rahmen einer vollständig nichtlineareren, sogenannten GMNIA-Berechnung erfolgen. Diesbezüglich sind besonders mit der Annahme der Eigenspannungen in Trägern aktuell noch große Unsicherheiten verbunden. Zur direkten Berücksichtigung von Eigenspannungen kann auf verschiedene vereinfachte Eigenspannungsmodelle aus der Literatur zurückgegriffen werden. Diese basieren größtenteils auf rein geometrischen Festlegungen ohne Berücksichtigung von Fertigungsrandbedingungen oder der Stahlgüte. Nichtsdestotrotz haben sich diese einfachen Modelle, auch mangels des Fehlens aktuellerer Forschungsergebnisse, für numerische Berechnungen im Stahlbau bis zuletzt durchgesetzt. Des Weiteren bestehen heute Möglichkeiten, eine numerische Schweißstruktursimulation zur Ermittlung der Eigenspannungen in Schweißträgern durchzuführen. 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 Schweißträgern und hier im Speziellen an geschweißten I-Trägern. Im Ergebnis sollte ein numerisch-basierter, einfacher Ansatzes zur direkten Abbildung des Schweißeinflusses in Tragfähigkeitsberechnungen bereitgestellt werden. Mit einem solchen vereinfachten Schweißsimulationsmodell können 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-Trägern aus normal- und hochfesten Baustählen. Anschließend wurden diese durch numerische Schweißstruktursimulationen ergänzt. Danach erfolgte darauf aufbauend die Ableitung eines vereinfachten, numerischen Berechnungsmodells zur weiteren Berücksichtigung von Eigenspannungen in nichtlinearen Tragfähigkeitsmodellen. Abschließend wurden vergleichende numerische Tragfähigkeitsanalysen durchgeführt und daraus Empfehlungen für eine bessere Erfassung des Schweiß- und Materialeinflusses in der Tragfähigkeitsberechnung abgeleitet. N2 - In steel construction, welded beams are often used. As a profile shape, the I-section is most common. Their manufacture is typically done under workshop conditions by means of, e.g., fully mechanized metal active gas welding. The welding process always causes residual stresses and deformations in the component. In use, these so-called weld imperfections superimpose with loading stresses and other manufacturing tolerances, thereby causing a reduction of the ultimate load capacity. The consideration of such influencing parameters can be realized directly in scope of a fully nonlinear, so-called GMNIA-analysis. In this context, however, major uncertainties are still associated with the assumptions on residual stresses in welded beams. For a direct consideration of residual stresses, different simplified residual stress models from the literature are available. For the most part, these models are based on purely geometric specifications without consideration of the manufacturing conditions or the steel grade. Nevertheless, in the absence of recent research, these simple models have maintained for numerical calculations in steel construction until today. Moreover, it is nowadays possible to determine the residual stresses in welded beams numerically by means of a structural welding simulation. In this context, also simplified welding simulation models for the calculation of larger components have been steadily improved in recent years. In steel construction, however, hardly any application of such methods has been made so far. A particular focus of this work is therefore in the investigation of welding simulation methods with regard to their application on welded beams and particularly welded I-beams. The aim was thus to provide a numerically based, simple approach for the direct implementation of welding influences in load calculations. With such a simplified welding simulation model, in addition to the welding residual stresses, the weld deformations can also be calculated. Accordingly, the influence of the manufacturing process can be much more realistically included in the design. Starting point of the investigations were residual stress measurement on conventionally welded I-beams made of normal and high-strength structural steels. Subsequently, numerical structural welding simulations supplemented these. Thereupon, the development of a simplified numerical calculation model for the further consideration of residual stresses in nonlinear load capacity models took place. Finally, comparative numerical load capacity analyses were carried out to provide recommendations for a better determination of welding and material influences in these calculations. T3 - Schriftenreihe Stahlbau - 16 KW - Vereinfachtes Modell KW - Numerische Schweißsimulation KW - Doppel-T-Träger KW - Baustahl KW - Schweißspannung KW - Numerisches Modell KW - Eigenspannungen KW - Geschweißter I-Träger KW - Simplified model KW - Numerical welding simulation KW - Residual stresses KW - Welded I-girder KW - GMNIA Y1 - 2019 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-48825 SN - 1611-5023 ER - TY - THES A1 - Jäger-Cañás, Andreas T1 - Beitrag zur Traglastermittlung ringversteifter Kreiszylinderschalen unter Axialdruck T1 - On the determination of the resistance of ring-stiffened cylindrical shells against axial compression N2 - Die vorliegende Thesis beschäftigt sich mit der Ermittlung des Beulwiderstands unversteifter sowie ringversteifter Kreiszylinderschalen unter Axialdruckbelastung. Der Fokus liegt dabei auf besonders dünnwandigen Schalen mit engem und weitem Ringsteifenabstand. Besonders dünnwandige Tanks mit Ringsteifen werden vor allem im landwirtschaftlichen Bereich eingesetzt. Typische Behälter sind aus rostfreiem Stahl gefertigt und erzielen eine hohe Wirtschaftlichkeit durch einen optimalen Materialeinsatz. Ringsteifen helfen den Widerstand gegenüber Wind und Unterdruck drastisch zu erhöhen. Untersuchungen in den 1960ern und 70ern zeigten, dass die Steifen auch den Axialbeulwiderstand erhöhen. Eine Neubewertung publizierter Experimente für besonders dünnwandige Kreiszylinderschalen wurde durchgeführt. 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 bestätigten das, aus den publizierten Experimenten erwartete, hohe Tragfähigkeitsniveau. Bei kräftigen Ringsteifen spielt zunehmend die Plastizität des Materials eine maßgebende Rolle. Durch die Auswertung der modifizierten Kapazitätskurve konnten für verschiedene Steifenkonfigurationen die Beulkurvenparameter bestimmt werden. Anschließend wurde eine Interpolationsvorschrift ermittelt, mit der Beulwiderstände für alle möglichen Parameterkombinationen ermittelt werden können. Numerische Untersuchungen an beliebig ringversteiften Kreiszylinderschalen zeigten, dass die Tragfähigkeit ab einem Abstand von zwei Beulhalbwellen deutlich abnimmt. Durch die Auswertung der Traglastberechnungen mithilfe der modifizierten Kapazitätskurve und die Interpolation über den Steifenabstand konnten Beulkurvenparameter ermittelt werden. Diese ermöglichen die Bestimmung der Traglast in Abhängigkeit vom Steifenquerschnitt für beliebig ringversteifte Schalen. Vereinfachungen des Nachweisverfahrens wurden hergeleitet, die eine Traglastermittlung über die Bestimmung von nur zwei Referenzwiderständen ermöglichen. Mit den angegebenen Bemessungsgleichungen kann der praktizierende Ingenieur in guter Näherung der FEM-Ergebnisse Traglasten für axialdruckbelastete Kreiszylinderschalen mit beliebiger Ringsteifenkonfiguration ermitteln, ohne selbst numerische Simulationen erstellen zu müssen. N2 - This thesis describes the research conducted on the determination of the axial buckling resistance of ring-stiffend shells subject to axial compression. The focus was set on very thin-walled, closely and arbitrary ring-stiffened shells. Very thin-walled cylindrical shells with ring stiffeners are typically employed in the agricultural and biogas industry. Often, they are made of stainless steel. To achieve a competitive price, the use of material has to be optimized. Ring stiffeners greatly contribute to the achievement of higher resistance against loads due to wind and external pressure. In the 1960s and 1970s an extensive experimental research was conducted that revealed the beneficial effect of the stiffeners also on shells subject to axial compression. An evaluation of published experiments with a special focus on very thin-walled shells revealed that the current design standards are partially too safe. A numerical study was conducted that allowed the formulation of a proposal for a new set of buckling parameters. Employing these in a hand calculation procedure allows a more economical yet safe design. Numerical calculations for ring-stiffened cylindrical shells confirmed the highly improved buckling resistance compared to unstiffened shells. When strong stiffeners are employed, plasticity plays a major role in the buckling failure, even for very thin-walled shells. Employing the modified capacity curve, a new set of buckling parameters could be determined, which allow for more economical designs for a wide range of parameter combinations. The numerical calculations were extended to explore arbitrary ring-stiffened shells. It could be observed that the capacity drops as the stiffener distance exceeds two buckling half-waves. Buckling parameters could be determined from the evaluation of the modified capacity curve that allowed the calculation of the buckling resistance of arbitrary stiffened clyindrical shells. A simplified procedure was determined, which more easily allows to take into account the beneficial effect of the stiffeners by only demanding two reference resistances. Employing the proposed equations, practicing engineers may calculate safe and economical tanks and silos that consist of any ring-stiffener configuration without having to employ sophisticated numerical analysis. T3 - Schriftenreihe Stahlbau - 15 KW - Stahlbau KW - Stabilität KW - Schalenbeulen KW - Axialbeulen KW - Ringsteife KW - Axial buckling KW - Ring stiffener KW - Shell buckling KW - Stability KW - Steel construction KW - Dünnwandiger Kreiszylinder KW - Kreiszylinderschale KW - Stahl KW - Beulung KW - Axialbelastung Y1 - 2019 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-48115 SN - 1611-5023 ER - TY - THES A1 - Li, Zheng T1 - Statistical size effect in steel structure and corresponding influence on structural reliability T1 - Statistischer Maßstabseffekt im Stahlbau und korrespondierender Einfluss auf die Zuverlässigkeit N2 - 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. N2 - Das Ziel dieser Arbeit besteht darin, den Einfluss des statistischen Maßstabseffekts auf die elasto-plastischen Werkstoffeigenschaften und die entsprechende Zuverlässigkeit im Stahlbau zu quantifizieren. Die stochastischen Materialeigenschaften werden direkt in die numerischen Berechnungen implementiert, um eine präzisere und wirtschaftlichere Methodik für die Bemessung von Stahlkonstruktionen zu entwickeln. Darüber hinaus zeigen die Ergebnisse experimenteller Untersuchungen mit verschiedenen Probengrößen (max. Durchmesser bis zu 32 mm), dass der statistische Maßstabseffekt in Stählen existiert. Mittels numerischer Simulationen wird gezeigt, dass die Zuverlässigkeit der Bauteile durch den statistischen Maßstabseffekt beeinflusst wird und dass die strukturelle Sicherheit unter Berücksichtigung dieses Effekts optimiert werden kann. Aufgrund der vorhandenen mikroskopischen Imperfektionen und der Unsicherheiten über deren Verteilung zeigen die mechanischen Eigenschaften des Werkstoffs Zufälligkeiten. Diese Arbeit beschreibt die Zufälligkeit des Werkstoffs auf zwei verschiedene Wege: die Erste ist die Entwicklung eines stochastischen Materialmodells mit elasto-plastischen Materialeigenschaften. Die zweite Möglichkeit ist der Aufbau eines diskreten Zufallsfeldes mit einem allgemeinen mathematischen Programm. Das vorgeschlagene stochastische Materialmodell wird erweitert, um die Stahlkonstruktion unter multiaxialer Beanspruchung zu analysieren. Es wird in die kommerzielle FEM-Software integriert, um komplexe Bauwerke mit Spannungsgradienten zu analysieren. Die stochastische Finite-Elemente-Methode wird implementiert, um die Antworten der 3D-Konstruktion durch ein allgemeines FEM-Programm zu analysieren, nachdem die Zufallsfelddatei in das Finite-Elemente-Modell importiert wurde. Um den statistischen Maßstabseffekt im Stahlbau zu demonstrieren, werden die uniaxialen Zugversuche mit unterschiedlichen Probengrößen und verschiedenen Werkstoffen durchgeführt. Die Ergebnisse zeigen, dass die Streuungen der Streckgrenze und die Zugfestigkeit mit zunehmendem Probenvolumen abnehmen. Darüber hinaus hängt die Festigkeit des Bauteils nicht nur vom Probenvolumen gemäß den Biegetests, sondern auch von der Spannungsverteilung ab. Sowohl die analytische Methode als auch die vorgeschlagene Simulationsmethode, die eine Erweiterung und Ergänzung zu traditionellen Simulationsverfahren sind, können den statistischen Maßstabseffekt für die Zug- und Biegekomponenten in Stahlkonstruktionen erfassen. Die Untersuchungen des Einflusses des statistischen Maßstabseffektes auf die strukturelle Zuverlässigkeit ergaben, dass die Festigkeiten, die an kleinen Proben durch statistische Analysen im Labor ermittelt werden, für größere Bauteile nicht mehr exakt zutreffen. Daher kann die Zuverlässigkeitstheorie für die strukturelle Sicherheit mit der Simulation verglichen und validiert oder verbessert werden, indem die stochastischen Materialeigenschaften in das Simulationsmodell eingebettet werden. T3 - Schriftenreihe Stahlbau - 13 KW - Statistical size effect KW - Steel structure KW - Stochastic material model KW - Stochastic finite element method KW - Structural reliability KW - Statistischer Maßstabseffekt KW - Stahlbau KW - Stochastisches Materialmodell KW - Stochastische Finite-Elemente-Methode KW - Strukturelle Zuverlässigkeit KW - Stahlbau KW - Finite-Elemente-Methode KW - Stochastik KW - Stoffeigenschaft KW - Zuverlässigkeit Y1 - 2018 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-45557 SN - 1611-5023 ER - TY - THES A1 - Ciupack, Yvonne T1 - Untersuchungen zur Bedeutung und Anwendung der Zuverlässigkeitstheorie im Bauwesen am Beispiel von Stahlklebverbindungen T1 - Investigations on the significance and application of reliability methods in civil engineering exemplified by bonded steel joints N2 - Der nationale und internationale Wettbewerbsdruck in der Baubranche mündet in immer komplexeren Strukturen, ressourceneffizienten Bemessungsprinzipien sowie innovativen Produkt- und Konstruktionsideen. Die Aufgabe von Ingenieuren ist es, diese Weiterentwicklungen für die Gesellschaft nutzbar zu machen und dabei ein gefordertes Sicherheitsniveau zu gewährleisten. Um Neuschöpfungen, seien sie konstruktiver oder analytischer Art, der Gesellschaft zugänglich zu machen, ist unter Umständen eine Erweiterung des Sicherheitsbegriffs notwendig. Denn über den Wirkungshorizont des Bauingenieurs hinaus ist das Begriffsfeld in allen Funktionszusammenhängen bedeutsam und nicht selten Entscheidungsträger für die Verwirklichung von Konstruktionen. An dieser Problemstellung setzt die Arbeit an. Übliche zuverlässigkeitstheoretische Verfahrensweisen werden für komplexe analytische Modelle angewandt. Untersuchungsobjekte sind dabei zwei Anwendungsbeispiele aus dem Stahlfassadenbau, bei denen erstmals geklebte Lösungen zum Einsatz kommen. In eigenen Untersuchungen wird die Tragfähigkeit der Konstruktionen unter Nutzung von experimentellen Erhebungen charakterisiert. Desweiteren werden die Anwendungsgrenzen und stochastischen Fragestellungen der typischen Methoden der Zuverlässigkeitstheorie im Bauwesen diskutiert. N2 - The national and international competitive constraint in the construction industry is leading to more complex structures, resource-efficient design principles as well as innovative products and designs. The task of engineers is to make these further developments usable for society and to ensure a required safety level. In order to make new creations, of a constructive or analytical nature, accessible to society, an extension of the concept of reliability may be necessary. In addition to the scope of the civil engineering, the conceptual field is significant in all functional contexts and often a decision-maker for the realization of constructions. The work starts with this problem. Usual methods of reliability theory are applied to complex analytical models. Investigation objects are two application examples of steel façade construction, where bonded solutions are used. In own investigations the load-bearing capacity of the structures is characterized by the use of experimental results. Furthermore, the application limits and questions of the typical methods of reliability theory in civil engineering are discussed. T3 - Schriftenreihe Stahlbau - 12 KW - Stahlbau KW - Klebtechnologie KW - Zuverlässigkeit KW - Steel Construction KW - Bonding Technology KW - Reliability Y1 - 2016 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-40779 SN - 1611-5023 ER - TY - THES A1 - Doliva, Stefan T1 - Einfluss des Reparaturschweißens von Altstählen auf deren Restlebensdauer T1 - Influence of repair by welding of old steels on their remaining life time N2 - Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden 123 Proben aus ungeschweißtem und geschweißtem Altstahl Dauerschwingversuchen unterzogen. Sie versagten bei Lastspielzahlen von weniger als 10.000.000 oder überlebten das Dauerschwingen. Die wesentliche Erkenntnis ist, dass das Schweißen ohne signifikanten Einfluss auf die Dauerfestigkeit des Kerbdetails an sich zu sein scheint. Entscheidend scheint die Geometrie der Kerbe zu sein und nicht die in den Altstahl eingebrachte Schweißwärme. Zur Verifizierung wurden unter anderem Schweißraupen auf nachweislich stark versprödetem Altstahl aufgebracht und wieder abgeschliffen. Diese Proben zeigten dann im Zugversuch teilweise bessere Werte als die unbehandelten Proben; auch die aus diesen Proben ermittelten Wöhlerlinien stellten sich flacher, also langlebiger, dar als die Linien der unbehandelten Proben. Daneben wurden auch die Kerbklassen FAT 160, FAT 112, FAT 90, FAT 71 und die für Brückenbauwerke unerhebliche FAT 36 untersucht. Nahezu alle untersuchten Proben wiesen Schwingbreiten auf, die im Rahmen des EC 3 zulässig wären. Es kann nicht ausgeschlossen werden, dass die Schweißwärme einen eher positiven Einfluss auf das Altmaterial hat. In die gleiche Richtung gehen die Erkenntnisse, die gewonnen wurden, als der Altstahl bei rund 1.000 °C geglüht wurde. Die Werte der Kerbschlagarbeit erhöhten sich beträchtlich. Die Zeitdauer, die dieser Zustand anhält, wurde jedoch nicht untersucht. Hier besteht die Möglichkeit weiterer Forschungen. Hinsichtlich der Restlebensdauer von nicht vorwiegend ruhend beanspruchten Bauwerken scheint jedoch klar zu sein, dass der Einfluss des Schweißens ohne Berücksichtigung bleiben kann. N2 - In the present study, 123 samples made from unwelded and welded old steels were subjected to fatigue tests. They failed after less than 10 million cycles or they survived the procedure. The main result is that welding does not seem to have a significant impact on the fatigue strength of structural details. The geometry of the notch appears to be decisive, not the welding heat applied to the old steel. For verification purposes, weld beads were deposited on the very brittle old steel and sanded off again. Some of these samples demonstrated better tensile test values than the untreated samples. The fatigue resistance S-N curves were also flatter, i.e. more durable, than the lines of the untreated samples. In addition, the notch classes FAT 160, FAT 112, FAT 90, FAT 71 and FAT 36 (not important for bridge building) were examined. Almost all examined samples showed stress ranges, which would be allowed under the EC 3. It can’t be excluded that the welding heat has a positive influence on the old steel. The findings concerning the annealed old material (at 1.000 °C) show a similar effect. The values of the impact energy increased significantly. No steps have been taken to examine how long this state is retained. This could be investigated at some time in the future. With regard to the residual life time of structures primarily exposed to static loads, however, it seems clear that the impact of welding can be left neglected. T3 - Schriftenreihe Stahlbau - 11 KW - Reparaturschweißen KW - Altstahl KW - Lebensdauer KW - Restlebensdauer KW - Schweißeignung KW - Repair by welding KW - Old steel KW - Life time KW - Residual life time KW - Welding KW - Stahl KW - Stahlbau KW - Reparaturschweißen KW - Restlebensdauer KW - Dauerschwingfestigkeit Y1 - 2016 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-40599 SN - 1611-5023 ER - TY - THES A1 - Bartholomé, Susanne T1 - Grundlegende Untersuchungen zu strukturierten Blechen in Stahlleichtbauträgern T1 - Fundamental investigations on light weight steel girders with structured webs N2 - Im Rahmen des Forschungsprojektes werden Fragestellungen des Stahlleichtbaus bezüglich des Einsatzes von strukturierten Blechen hinterfragt, untersucht und Lösungen vorgestellt. Als Anwendungsbeispiel werden in dieser Arbeit geschweißte I-Träger mit schlanken, strukturierten Stegen untersucht. Eine Serie von Blechträgern mit verschiedenen Stegausführungen - eben, profiliert und strukturiert - wird modelliert und auf ihre Schubtragfähigkeit untersucht. Die vorliegende Arbeit beschreibt erste Untersuchungen zu strukturierten Blechen mit aktuellen numerischen Analysen und praktischen Versuchen zum globalen und lokalen Beulen. In Versuchen und numerischen Simulationen werden verschiedenste geschweißte Stahlleichtbauträger untersucht. Es wird erkundet, inwiefern sich das Beulverhalten von Trägern mit strukturierten Stegen gegenüber ebenen oder profilierten Stegen verändert. Außerdem wird definiert, welche Strukturen sich am besten für den Einsatz in Stahlleichtbauträgern eignen. Schließlich wird ein Vergleich von numerischen und analytischen Versuchsergebnissen aufgezeigt und ein Berechnungsvorschlag gegeben, welcher dazu dient, Stahlleichtbauträger mit strukturierten Blechen bemessen zu können. N2 - In that research project one will know how the use of structured webs in lightweight steel structures is. As an example welded girders with I-section and thin structured web will be investigated. A series of plate girders with different webs - flat, profiled or structured - is modelled and analysed under shear load. The aim of the tests is to study if the behaviour of these girders with structured web differs from comparable flat or even corrugated web. The work describes former investigations on the shear capacity of the structured sheets, ongoing numerical analysis and experimental tests on global and local buckling. Finally a comparison between numerical and experimental test results will be made. Furthermore a concept for calculating will be designed for lightweight girders with structured webs. T3 - Schriftenreihe Stahlbau - 10 KW - Strukturierte Bleche KW - Stahlleichtbauträger KW - Beulen KW - Schubtragfähigkeit KW - Structured sheet metal KW - Light weight steel structures KW - Buckling KW - Shear KW - Strukturiertes Blech KW - Steg KW - Tragfähigkeit KW - Bemessung Y1 - 2015 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-36375 SN - 1611-5023 ER - TY - THES A1 - Sahellie, Samer T1 - Study on the temperature effect on lap shear adhesive joints in lightweight steel construction T1 - Untersuchungen zum Einfluss der Temperatur auf geklebte Zug-Scher-Verbindungen in Stahlleichtbaukonstruktionen N2 - In line with the developments in steel industry, the methods of joining steel members have been developed; therefore, the configuration of functional connections with economic and partly-aesthetic advantages has become possible by the use of the known joining methods, which are bolts, rivets and welding. However, these joining methods do not accompany the further developments and requirements needed to construct lightweight connections or to join dissimilar materials or composite constructions. Moreover, the traditional joining methods do not fulfill the increased requirements of the aesthetics of the joints. In the field of steel constructions, structural engineers might use the bonding technique as an alternative method to join the lightweight steel members or as a helpful mean in the bolted or riveted joints in heavyweight steel structures. Despite the advantages of the adhesive bonding technique, the structural designers in the field of steel constructions are still not able to use it in their practical applications because of the doubts regarding the verifiability of bonded steel joints. This is mainly because of the lack of standards for verifying such joints in steel constructions. To facilitate using this technique in steel constructions, hard efforts have to be performed in order to find out the methods of verifications of bonded steel joints. This starts with understanding the behaviour of the adhesive materials as well as their cohesion ability to the steel surfaces over the whole lifetime of the structure and under all possible loading and environmental conditions. Afterward, the mechanical properties of the adhesives have to be presented by their reliable values that take into account all factors and conditions to which the bonded joint is subjected. These values have to be based on the reliability methods and consequently they are guaranteed for the intended lifetime of the designed structure. It is well known that the adhesives, being viscoelastic materials, are very sensitive to several factors such as the environmental effects, mainly temperature and humidity, and the long-term loading. The loss of strength and durability of adhesives materials, due to the mentioned factors, is an essential aspect that has to be determined and to be taken into account of the structural designers during the design process. For example, it is generally proven that the increase of temperature causes a decrease in the elastic (E) and (G) moduli, cohesive and adhesive forces within the joint and maximum stresses which can be carried by the joint. However, there is still a huge lack in describing the degradations of the mechanical properties quantitatively. Similarly, the failure in the adhesives, loaded for long time by a constant stress even less than their short-term strengths, is probable due to the well-known rheological phenomenon of viscoelastic materials which is the creep phenomenon. Moreover, the adhesives will creep at high temperatures faster; hence the failure will happen in a shorter time. Describing the long-term behaviour of the structural adhesives is still modest; therefore, the time-to-failure of bonded steel joints under long-term loading cannot be exactly predicted. This is an essential issue has to be dealt with to fulfill the requirements of employing the adhesive bonding technique in the structural fields including the steel constructions. The efficiency of using adhesive-bonded joints in steel constructions is higher when the adhesives in these joints are loaded in shear. In such shear joints, the lightweight steel members (adherends) are likely to yield before the break within the adhesive layer happens, especially when large bonded areas are used because the developed shear stresses over the most of these areas will be very small. This thesis deals with the temperature influence on the behaviour of two adhesive systems (acrylic and epoxy) and on the capacities of adhesively bonded lap shear joints. The temperature influence is quantitatively described for short-term loading over a service range of temperature from -20 °C to +40 °C. The quantitative description is done by proposing the partial factors and the conversion factors that take the temperature effect into account. This influence is also dealt with for long-term loading to describe the shear creep behaviour of the adhesive materials used. Consequently, the time-to-failure of the bonded lap shear joints due to the creep phenomenon of the adhesives under three applied stresses at room temperature is predicted. Moreover, the estimation of time-to-failure is extended to be used for other shear stress levels. The temperature influence as well as the efficiency of using adhesive-bonded joints in lightweight galvanized steel constructions is also illustrated by giving a practical example of strengthening cold-formed “C” section girders. Comparisons between the two adhesive systems for all cases are given. N2 - Im Einklang mit den Entwicklungen in der Stahlindustrie wurden die Methoden zum Verbinden von Stahlelementen entwickelt. Die Auslegung dieser funktionalen Verbindungen mit ihren ökonomischen und ästhetischen Vorteilen ist nur möglich geworden mit dem Einsatz des bereits vorhandenen Wissens über die Fügetechniken Schrauben, Nieten und Schweißen. Trotzdem begleiten diese Verbindungstechniken die weiteren Entwicklungen und die nötigen Anforderungen an Verbindungen in Leichtbaukonstruktionen, an das Fügen artfremder Werkstoffe oder bei Mischbauweisen, nicht. Im Bereich der Stahlkonstruktionen könnte die Klebtechnik, als eine alternative Methode zum Verbinden von Stahlleichtbauelementen oder als Hilfsmittel für Schraub- und Nietverbindungen im Falle von schweren Stahlkonstruktionen von Tragwerksplanern verwendet werden. Trotz der Vorteile der Klebtechnik sind die Tragwerksplaner noch nicht in der Lage, sie in der Praxis zu nutzen. Vor allem aber aufgrund der fehlenden Normen zur Verifikation der geklebten Stahlverbindungen. Um die Verwendung dieser Fügetechnologie im Stahlbau voranzutreiben, müssen große Bemühungen aufgewendet werden, Methoden zur Prüfungder geklebten Verbindungen zu finden. Dies beginnt mit dem Verständnis des Materialverhaltens von den Klebstoffen, sowie dessen Adhäsionsfähigkeit an Stahloberflächen über die gesamte Lebensdauer. Anschließend müssen zuverlässige Werte aller mechanischen Eigenschaften der Klebstoffe vorgelegt werden, die alle Einflüsse und Bedingungen berücksichtigen, die die Klebverbindung beanspruchen. Diese Werte müssen auf Zuverlässigkeitsmethoden beruhen und eine vorgesehene Lebensdauer der entworfenen Struktur garantieren. Es ist bereits bekannt, dass Klebstoffe aufgrund ihrer Viskoelastizität sehr empfindlich auf verschiedene Faktoren, vor allem Temperatur und Feuchtigkeit, und die Dauerbeanspruchung reagieren. Der Verlust an Festigkeit und Gebrauchstauglichkeit des Klebstoffes aufgrund der genannten Faktoren, ist ein wesentlicher Aspekt, der festgelegt und der während des Entwurfsprozesses des Tragwerksplaners bereits berücksichtigt werden muss. Zum Beispiel, ist im Allgemeinen nachgewiesen, dass die Erhöhung der Temperatur zur Abnahme des Elastizitäts- (E) und Schubmodule (G) führt, sowie zur Abnahme der kohäsiven und adhäsiven Kräfte, die durch die Verbindung übertagen werden können. Es gibt immer noch eine große Wissenslücke in der allgemeinen Beschreibung der Abnahme von mechanischen Eigenschaften. In ähnlicher Weise ist wahrscheinlich das Versagen der Klebstoffe, die unter Langzeitbelastung mit einem konstanten Spannungsniveau unterhalb der Spannungen bei Kurzzeitbelastung getestet sind durch das bereits bekannte rheologische Phänomen von viskoelastischen Materialien bedingt, nämlich das Kriechen. Ferner kriechen Klebstoffe bei hohen Temperaturen schneller, somit tritt das Versagen in kürzerer Zeit auf. Das Langzeitverhalten von strukturellen Klebstoffen ist nach wie vor mäßig beschrieben, deshalb kann das Versagen über die Zeit von geklebten Stahlverbindungen unter Langzeitbelastung nicht exakt vorhergesagt werden. Dies ist ein wesentlicher Kernpunkt, welcher für die Anforderungen an strukturellen Klebungen, wie z.B. im Stahlbau, berücksichtigt werden muss. Die Effizienz der Verwendung von Klebverbindungen im Stahlbau ist höher, wenn die Klebstoffe in diesen Verbindungen auf Schub beansprucht sind. In solchen auf Schub beanspruchten Verbindungen kann es früher zum Versagen der zusammenverbundenen Stahlteile (Fügeteile) als zum Versagen des Klebstoffes in der Klebfuge kommen. Vor allem, wenn große Klebflächen benutzt werden, da die auftretenden Scherspannungen über die meisten dieser Bereiche sehr klein sind. Diese Arbeit beschäftigt sich mit dem Temperatureinfluss auf das Verhalten von zwei Klebstoffsystemen (Acrylat-und Epoxysystem) und mit der Kapazität der geklebten überlappten Klebverbindungen. Der Temperatureinfluss wird quantitativ für Kurzzeitbelastungen über einen Temperaturbereich von -20 °C bis +40 °C beschrieben. Die quantitative Beschreibung wird mit Hilfe von Teilsicherheits- und Umrechnungskoeffizienten für Temperaturauswirkungen durchgeführt, die den Temperatureinfluss in Betracht ziehen. Dieser Einfluss wird ebenfalls für die Dauerbeanspruchungbehandelt, um das Kriechverhaltender verwendeten Klebstoffsysteme zu beschreiben. Infolgedessen wird die Zeit bis zum Versagen der überlappten Klebverbindung durchdas "Kriechphänomens"des Klebstoffes, unter drei angelegten Spannungen und bei Raumtemperatur vorhersagt. Darüber hinaus wird die Schätzung der Zeit bis zum Versagen auch für andere Scherspannungsniveaus erweitert. Der Einfluss der Temperatur sowie die Effizienz der Verwendung von Klebverbindungen auf verzinkte Stahlkonstruktionen im Stahlleichtbau wird ebenfalls mit einem praktischen Beispiel der Verstärkung von einem kaltgeformten C-Träger dargestellt. Schließlich werden Vergleiche zwischen beiden Klebstoffsystemen angegeben. T3 - Schriftenreihe Stahlbau - 9 KW - Bonded steel joints KW - Temperature effect KW - Structural adhesives KW - Short and long-term loading KW - Shear strength KW - Geklebte Stahlverbindungen KW - Temperatureffekt KW - Strukturelle Klebstoffe KW - Kurz- und Langzeitverhalten KW - Schubspannung Y1 - 2015 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-35153 SN - 1611-5023 ER - TY - THES A1 - Horváth, László T1 - Experimentelle Untersuchungen der im Stahlbau typischen Bauelemente mit Thermovision N2 - Die thermoelastische Spannungsanalyse hat in den letzten 20 Jahren erhebliche Verbreitung im Bereich der zerstörungsfreien experimentellen Methoden gefunden. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde die Anwendbarkeit des Infrarotmessverfahrens mit Hilfe einer konventionellen Thermokamera zur Beurteilung und Überwachung des Tragverhaltens von typischen Konstruktionsteile im Stahlbau untersucht. Am Anfang werden in kurzen Worten die Grundlagen der thermoelastischen Spannungsanalyse zusammengefasst, die Vor- und Nachteile geschildert. Ein Messverfahren wurde entwickelt, das mit dem am Lehrstuhl für Stahlbau der BTU Cottbus vorhandenen AGEMA System experimentelle Untersuchungen für die thermoelastische Spannungsanalyse ermöglicht. Das Messverfahren wird detailliert beschrieben und die einzelnen Vorgehensschritte erläutert. Durch diese Experimente wurde das Messverfahren bestätigt. Im ersten Schritt sind drei ausgewählte Bauteile (gelochter Zugstab, ausgeklinkter Träger und Blechträger mit sehr schlankem Steg) mit besonderen Rissgefährdung untersucht worden. Im zweiten Schritt wurde das Verfahren bei der Analyse eines komplizierten Konstruktionsdetails eingesetzt. Die Ergebnisse aus Thermovision wurden mit herkömmlichen DMS-Messungen und FEM-Berechnungen verglichen. Anschließend werden die Erfahrungen zusammengefasst und bewertet, und Vorschläge zur Verbesserung und Weiterentwicklung gegeben. N2 - Thermoelastic stress analysis (TSA) is one of the non-destructive experimental methods that have become available as common practice in the past twenty years. This work examines the applicability of the infra-red measurement methods to the assessment of behaviour and structural state of elements typical in today's steel construction. First, a brief summary is provided about the basic principles, advantages and disadvantages of TSA. Second, a measurement method based on the TSA approach is elaborated, using the Agema 900 Thermovision System available at the Department of Steel Structures of BTU Cottbus. The measurement method is presented in detail, with explanations to each of the steps involved. Third, the measurement method is justified on the basis of experiments. In the first stage, three selected structural elements (plate with a hole; necked girder; plated girder with a thin web plate) are examined, all of them highly sensitive to the presence of cracks. In the second stage, the measurement method is applied to a more sophisticated structural joint. The TSA results are compared to results based on traditional stress gauges and Finite Element Analysis. Finally, conclusions are presented including main observations, evaluation of the methods of measurement, and suggestions for possible future enhancement. T3 - Schriftenreihe Stahlbau - 2 KW - Stahlkonstruktion KW - Thermoelektrische Messung KW - Bewertung KW - Tragverhalten KW - Zerstörungsfreie Materialprüfung KW - Thermovision KW - Thermoelastische Spannungsanalyse KW - Stahlbau Y1 - 2002 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-000000383 SN - 1611-5023 ER -