02 Fakultät Bau- und Umweltingenieurwissenschaften

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Analysis of headed anchors embedded in concrete using a nonlinear fracture model
(1992) Sawade, Gottfried; Eligehausen, Rolf
This paper represents an energetical model of the fracture behaviour of concrete where crack opening is considered as time dependent dissipative process. States of mechanical equilibrium can be obtained by simulation of a relaxation process. Applicatlon of this model to calculations of the bearing capacity of anchorages confirms recent approachs based on linear fracture mechanics.
Open Access
Analysis of reinforced concrete beams without shear reinforcement using non-local microplane model
(1991) Ozbolt, Josko; Eligehausen, Rolf
The shear resistance of reinforced concrete beams without shear reinforcement is studied using the non-local microplane model and plane stress finite elements. The main objective of the present work is the study of the size effect. Calculated failure loads for geometrically similar specimens of four different sizes are compared with test data and the recently proposed size effect law. Results of the analysis as well as test results exhibit significant size effect. Observed failure is of the brittle type and is due to failure in tension-compression. Further studies with variations of the mesh size and load path demonstrated that results of the calculations using a non-local continuum are not influenced by the above parameters. However, the calculated failure loads depend on the characteristic length over which the strains are measured. In contrast to that, the calculated failure loads are inobjective when a local continuum is used and depend on mesh size, load path and convergence criteria. This is due to the stability of the numerical analysis, which may lead to an overriding of the critical failure mode and activating to a more stable one. In order to correctly predict failure load using local analysis and crack band approach it is necessary to check the stability of the numerical procedure.
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Analytical and numerical investigations on imperfection-sensitive timber members subjected to combined bending and axial compression
(2021) Töpler, Janusch; Kuhlmann, Ulrike
The verification of slender timber members at risk of lateral torsional buckling is one of the basic verifications in timber design. However, latest investigations have shown that the design formulas provided in Eurocode 5 for imperfection-sensitive members subjected to combined bending and compression tend to be conservative and more advanced verification methods are needed. Analytical and numerical models are presented that allow for the consideration of the geometrically and materially nonlinear behaviour as well as of the size effect of tensile strength ft,0 for Nx-My-Mz interaction. These models and calculation results increase the understanding of the main influencing parameters of the load-bearing capacity of imperfection-sensitive timber beams and columns and may be the basis of a revision of the current design formulas provided in EN 1995-1-1.
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Ausbreitung von abgekühltem Wasser in Grundwasserleitern
(1980) Kobus, Helmut
Wärmepumpen können einen wesentlichen Beitrag zur Energieeinsparung leisten. Die erforderliche Technologie ist verfügbar, und angesichts der steigenden Primärenergiekosten ist auch die Wirtschaftlichkeit des Einsatzes von Wärmepumpen allenfalls eine Frage der Zeit. Hingegen ist derzeit nur unzureichend bekannt, welche Auswirkungen der durch solche Anlagen verursachte Wärmeentzug auf die Umwelt hat und ob in diesem Zusammenhang beim verstärkten Einsatz von Wärmepumpen nachteilige ökologische Auswirkungen zu befürchten sind. Wärmepumpen können entweder mit Wasser als Wärmelieferant betrieben werden. Hierfür bietet sich neben der Nutzung von Oberflächengewässern oder Abwasser vor allem die Möglichkeit an, die erforderliche Wärme dem Untergrund zu entziehen. Dies kann entweder über ein geschlossenes Wasserkreislaufsystem geschehen, bei dem die Wärme über die Wandungen eines im Boden verlegten Rohrsystems aufgenommen wird, oder aber - weniger aufwendig- durch die direkte Entnahme von Grundwasser, das nach der Passage des Wärmetauschers in abgekühltem Zustand wieder in den Grundwasserleiter eingespeist wird. Dieser letztgenannten Betriebsform ist der vorliegende Beitrag gewidmet.
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Beeinflussung der Grundwassertemperatur durch Wärmeentzug und Wärmeeintrag : theoretische Grundlagen
(1983) Kobus, Helmut
Wärmepumpen sind eine Möglichkeit, die im Untergrund gespeicherte Umgebungswärme zu nutzen und so einen Beitrag zur Einsparung von Primärenergie zu leisten. Überlegungen zur thermischen Nutzung des Grundwassers müssen sich an den vorrangigen Belangen der Trinkwasserversorgung orientieren. Einer energiewirtschaftlich sicher wünschenswerten Ausweitung des Einsatzes von Wärmepumpen steht auch entgegen, daß die zu erwartenden Veränderungen der Temperaturen im Grundwasserleiter durch den Betrieb der Anlage noch nicht mit genügender Sicherheit beurteilt werden können. Dieser Frage ist der vorliegende Beitrag gewidmet. Es werden die theoretischen Grundlagen der Wärmeausbreitung im Untergrund angesprochen und der derzeitige Wissensstand über die Entwicklung der Temperaturanomalie im Bereich einer Warm- oder Kaltwassereinleitung dargelegt.
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Befestigungstechnik
(1994) Eligehausen, Rolf; Sippel, Thomas M.
Die moderne Befestigungstechnik erlaubt die Einleitung von nahezu beliebig hohen Lasten in Beton- und Stahlbetonbauteile. Verwendet werden Einlegeteile und Dübel. Einlegeteile wie Ankerschienen, Ankerplatten mit angeschweißten Kopfbolzen und GewindehüIsen werden in die Schalung eingelegt und einbetoniert. Dübel werden in nachträglich gebohrten Bohrlöchern verankert. Man unterscheidet je nach Wirkungsprinzip kraft- und wegkontrolliert spreizende Dübel, Hinterschnittdübel und Verbunddübel. In diesem Beitrag werden einige am IWB zum Thema Befestigungstechnik durchgeführte Forschungsvorhaben erläutert, die Bemessung von Befestigungen beschrieben und die zukünftige Entwicklung in Europa diskutiert.
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Behavior of deformed bars anchored at interior joints under seismic excitations
(1983) Eligehausen, Rolf; Popov, Egor P.; Bertero, Vitelmo V.
A mathematical model of a deformed bar anchored at interior joints of ductile moment resisting reinforced concrete frames subjected to severe earthquakes is presented. It includes the formulation of an accurate model for the local bond stress-slip relationship, use of a simple model for the stress-strain relationship of the reinforcing steel and the numerical solution of the differential equation of bond. The analytically predicted response of anchored beam bars compares well with tbe results of a series of tests for monotonic and cyclic loading. The influence of major parameters of the behavior of anchored bars is shown by an extensive numerical study. The results of this investigation are used to offer practical recommendations for the anchorage of beam bars at interior joints.
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Berechnungsgrundlagen für Wärmeausbreitung und -transport im Grundwasser
(1983) Kobus, Helmut
Es wird ein Überblick über die Berechnungsgrundlagen zur Erfassung von Wärmeausbreitungsvorgängen im Untergrund gegeben. Für anthropogene Wärmeeinleitungen werden die wesentlichen Einflußgrößen identifiziert. Die für die Ausbildung einer Temperaturanomalie maßgeblichen Transportmechanismen werden beschrieben. Anhand der Beschreibungsgleichungen für die Grundwasserströmung und den Wärmetransport wird deutlich, daß es sich hierbei um gekoppelte Prozesse handelt, deren simultane Lösung von komplexer Natur ist. Mit der Zielsetzung, praktikable Ingenieurlösungen zu erarbeiten, wird deshalb eine konzeptionelle Gliederung in einen Nahbereich, in dem Auftriebseffekte dominieren, einen Zwischenbereich mit Temperaturschichtungen und einen Fernbereich vorgenommen. Es werden Forschungsergebnisse von Untersuchungen im Nahfeld vorgestellt, die eine Eingrenzung der Auftriebseffekte ermöglichen. Für die Behandlung der großräumigen Temperaturausbreitung wird das Verweilzeitenkonzept herangezogen, mit dessen Hilfe die Temperaturanomalie näherungsweise berechnet werden kann, sofern die vertikalen Wärmeaustauschvorgänge mit der Atmosphäre hinreichend genau erfaßt werden können. Für einzelne Einleitungen lassen sich Näherungslösungen für Planungszwecke angeben. Erstrebenswertes Ziel ist es, regionale Wärmebilanzmodelle für Grundwasserleiter zu erstellen, die als Planungshilfe bei der Bewirtschaftung der Grundwasservorräte unter Berücksichtigung der vorrangigen Belange der Trinkwasserversorgung eingesetzt werden können.
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Computer simulation of anchoring technique in reinforced concrete beams
(1990) Cervenka, Vladimir; Pukl, Radomir; Eligehausen, Rolf
The load transfer in reinforced concrete structures by means of anchoring elements is very common in modern concrete technology. Anchoring elements are often inserted in the bottom surface of a structure and the load is transfered by tensile action of the concrete. In case of shear failure, the anchores are located in the most exposed tensile zone of beams. The shear failure can be thus influenced by anchoring elements. This effect was analysed by means of the finite element program SBETA, which is based on the nonlinear-elastic constitutive model. The comparison with experiments for several loading configurations was made. In the second part a computer simulation of similar experiments was conducted.
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Computer simulation: splitting tests of concrete thick-walled rings
(1992) Pukl, Radomir; Schlottke, Bernd; Ozbolt, Josko; Eligehausen, Rolf
Two non-linear program systems are used for a computer simulation of splitting failure of thick-walled concrete rings under internal radial pressure. Results of the numerical analyses for plane stress models, axisymmetrical model and 3D model are compared with available experimental data and empirical formulas. It is shown, that the behavior observed in experiments can be simulated, using advanced material models, namely the non local microplane model and SBETA material model based on the crack hand theory. With increasing outer radius of the ring, a size effect can be observed.
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Concrete shells constructed on pneumatic formwork
(1986) Sobek, Werner
In recent decades the number of concrete shells constructed has continued to decline. This is in large measure attributable to the high costs of the formwork: construction of the spatially curved formwork surface using conventional formwork methods is labor-intensive and rates of pay in industrialized countries are high. Consequently, the design solutions based on conventional methods are not economically justifiable. There was, therefore, reason enough to make concrete shell construction competitive again by developing less costly formwork methods. One such method is pneumatically supported formwork.
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Covering "Les Arènes de Nîmes" with an air-inflated fabric structure
(1989) Bergermann, Rudolf; Sobek, Werner
Together with a team of architects, we started to develop and to design a structure which should cover the central part of the arena. The design yielded to a lightweight structure which is able to be installed within 21 days, designed to withstand a windspeed of 200 km/h and able to carry a snow load of 360 to - more than twice the deadweight of the new building. The air inflated cushion consists out of PVC-coated PETP-fabric membranes.
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Cracking behaviour under non-monotonic loading : literature review
(1992) Balász, György L.; Eligehausen, Rolf
Repeated and long term loads may produce a significant increase of crack widths owing to the increase of concrete deformations resulting in an increase of steel stress in the crack and the increase of slip along the reinforcing bar which causes a decrease of tension stiffening.Crack widths predicted on the basis of short term static tests do not provide a satisfactory guide to crack widths in service. The present study reviews the available data concerning the influence of cyclic and long term loading on the cracking behaviour and discusses the basic influencing parameters together with the proposed methods of predictions. Only a small part of the approaches on carck control are developed to consider the influence of repeated or sustained loads as well. A comprehensive study is required to develop an appropriate prediction based on all significant influences.
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Design of adhesively bonded timber-concrete composites : bondline properties
(2023) Grönquist, Philippe; Müller, Katharina; Mönch, Simon; Frangi, Andrea
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Effect of buoyancy on the flow and temperature fields near injection wells
(1979) Mehlhorn, Hans; Kobus, Helmut
The injection of heated water into a ground water stream of constant velocity is studied. The heated water is discharged through a fully penetrating injection well into a confined aquifer of constant thickness. For steady state conditions and under the assumption that heat conduction and dispersion in the aquifer and through the confining layers are negligible in comparison to the convective heat transport, it is shown that the flow and temperature field is dependent on the relative infiltration rate and on the relative buoyancy of well discharge. First results of a steady-state three-dimensional numerical model are given.
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Effects of model configuration, flow conditions and scale in modelling spillway aeration grooves
(1984) Koschitzky, Hans-Peter; Westrich, Bernhard; Kobus, Helmut
The hydraulic design of spillways, with high specific discharge usually requires model investigations. Whereas standard small-scale models are sufficient for the assessment of the general flow pattern, studies on cavitation control by means of aeration have to be conducted in detail models at considerably larger scales. Detail models of aeration grooves are studied in order to optimize the geometry and to determine the air entrainment of the grooves. The large model scale necessitates the use of models which represents only a small fraction of the width and length of the spillway. Such sectional models allow only an investigation of a single aeration groove in a given approach flow. This paper presents a hydraulic model study of the spillway of Laiban Dam on the Philippines, which is part of the Manila Water Supply Project III.
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Einsatz von Gensonden zur Identifikation von Mikroorganismen im belebten Schlamm
(1994) Engesser, Karl-Heinrich; Schmid, Andreas
Die Gensondentechnik stellt heute schon einen extrem leistungsfähigen, neuartigen Ansatz zur Populationsanalyse komplexer Ökosysteme und damit auch der Charakterisierung der "Biomasse" des Belebtschlammes dar. Für die Gensondentechnik typisch ist ein relativ geringer Zeitaufwand bei der Durchführung. Dies ermöglicht erstmals die Analyse der Dynamik einer Population nahezu in Echtzeit.
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Evaluation of groundwater sampling techniques for the investigation and monitoring of contaminated sites
(1990) Teutsch, Georg; Barczewski, Baldur; Kobus, Helmut
The collection of representative groundwater samples is an essential prerequisite in hydrogeological site evaluation and groundwater monitoring. Erroneous or insufficent sampling may lead to wrong conclusions, possibly causing considerable health and/or financial risks, especially in respect to the assessment of contaminated sites. The collection of representative water samples therefore requires the use of appropriate sampling techniques, taking into account the prevailing aquifer conditions, the borehole hydraulics and the chemical parameters to be investigated. Consequently, the definition of the most suitable sampling equipment should be based on multiple criteria. In general these are the changing temperature and pressure conditions and the contact of the water with non-inert materials, which may affect the chemical integrity of the sample during the drilling of the well, the withdrawal and pumping of the water to the ground surface as well as the storage and transport to the laboratory. The major factors have to be investigated and quantified in order to minimize all undesired effects. In this paper the major influencing factors are discussed. Furthermore, an evaluation of various sampling techniques and sampling systems is presented. Special consideration is given to the ability of various systems to adequately sample groundwater with high organic loads. In the last section, some new sample system developments are briefly presented together with the expert system CASES, which was developed at the Stuttgart Institut für Wasserbau.
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An example of a combined discharge-control and aeration structure
(1983) Kobus, Helmut; Westrich, Bernhard
The design of a hydraulic structure in a cooling water circuit is described which serves the dual purpose of controlling the water levels in the system upstream and of providing a maximum oxygen uptake without discharging large amounts of air into the subsequent pressure duct in order to avoid blow-out problems.
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Experimentelle und numerische Untersuchungen von Brettschichtholz aus Buchen-Furnierschichtholz (BauBuche)
(2022) Töpler, Janusch; Kuhlmann, Ulrike
Im Rahmen des Forschungsprojekts RP7 im Exzellenzcluster Integrative Computational Design in Architecture and Construction (IntCDC) an der Universität Stuttgart wurden Biege- und Druckversuche zur Ermittlung der elastischen Materialeigenschaften von Buchen-Furnierschichtholz GL75 (BauBuche) durchgeführt. Als Messeinrichtung wurde das optische Messsystem ARAMIS Adjustable verwendet. Anhand der Versuchsergebnisse werden die Elastizitätsmoduln, Schubmoduln und Querdehnzahlen sowie die asymmetrische elastische Materialsteifigkeitsmatrix ermittelt. Mit den ermittelten Materialkennwerten werden FE-Modelle der Versuche entwickelt, verifiziert und anhand der Ergebnisse validiert. Außerdem wird der Einfluss der Querschnittsverwölbung infolge Schub auf die Längsrandspannungen bei biegebeanspruchten Holzträgern experimentell und numerisch untersucht.