02 Fakultät Bau- und Umweltingenieurwissenschaften
Permanent URI for this collectionhttps://elib.uni-stuttgart.de/handle/11682/3
Browse
30 results
Search Results
Item Open Access Zur Materialermüdung infolge Stegatmung(2000) Spiegelhalder, Ulrike; Kuhlmann, Ulrike (Prof. Dr.-Ing.)Geschweißte Stahlträger mit schlanken Stegblechen haben im Verhältnis zu ihrem Eigengewicht eine sehr hohes Tragvermögen und ermöglichen sehr leichte und wirtschaftliche Konstruktionen. Unter Belastung verformen sich die schlanken Stegbleche aus ihrer Ebene heraus. Diese Beulverformungen haben keinen Einfluß auf die statische Grenztraglast des Trägers. Bei Stahlbrücken können die Stegblechverformungen jedoch nach genügender Anzahl von Überfahrten zu Ermüdungsrissen entlang der Schweißnähte und schließlich zum Versagen des Bauteils führen. Das Trag- und Ermüdungsverhalten von Stahlträgern mit schlanken Stegen ist dargestellt und theoretisch und experimentell untersucht. Mit Hilfe der Erkenntnisse aus eigenen Ermüdungsversuchen an vier großen Stahlträgern werden umfangreiche numerische Parameterstudien durchgeführt. Schwerpunkte der Untersuchungen sind die Anfangsverformung der Stegbleche und die Belastung reine Biegung, reine Querkraft und die gemeinsame Wirkung von reiner Biegung mit Querkraft. Aus den Untersuchungsergebnissen wird ein Bemessungsmodell für rissefreie geschweißte Stahlträger mit schlanken Stegen unter häufig wiederholter Belastung abgeleitet.Item Open Access Zur Ermüdungsfestigkeit von Schweißkonstruktionen aus höherfesten Baustählen bei Anwendung von UIT-Nachbehandlung(2007) Dürr, André; Kuhlmann, Ulrike (Prof. Dr.-Ing.)Der Stahlindustrie ist es in den letzten Jahren gelungen, wettbewerbsfähige höherfeste Baustähle zu entwickeln, die die Forderungen der Stahlbaupraxis nach einer hohen Festigkeit bei gleichzeitig guter Schweißeignung und hoher Zähigkeit erfüllen. Als einer der Hauptgründe für den noch immer verzögerten Einsatz von höherfesten Baustählen in Konstruktionen unter wechselnder Beanspruchung ist die Ermüdungsfestigkeit von Schweißverbindungen zu nennen, da diese im unbehandelten Zustand weitestgehend unabhängig von der Streckgrenze des Grundwerkstoffs ist. Insbesondere durch den Einsatz von Schweißnahtnachbehandlungsverfahren besteht allerdings die Möglichkeit, die Ermüdungsfestigkeit von Schweißkonstruktionen aus höherfesten Baustählen zu erhöhen. Im Stahlbau liegen bisher allerdings keine normativen Regelungen vor, um die positiven Effekte einer Schweißnahtnachbehandlung bei der Bemessung zu berücksichtigen. Die vorliegende Arbeit behandelt die Verbesserung der Ermüdungsfestigkeit von Schweißkonstruktionen aus höherfesten Baustählen durch die Anwendung von Schweißnahtnachbehandlungsverfahren. Der Schwerpunkt dieser Arbeit liegt dabei beim bisher noch wenig bekannten Nachbehandlungsverfahren „Ultrasonic Impact Treatment“ (UIT). Auf Grundlage umfangreicher experimenteller und numerischer Untersuchungen am Konstruktionsdetail der aufgeschweißten Quersteife erfolgt die Ableitung eines einfachen Bemessungsvorschlags nach dem Nennspannungskonzept sowie die Angabe von Gültigkeitsgrenzen. Durch die Ergebnisse diese Arbeit besteht die Möglichkeit, eine effektive Anwendung von höherfesten Baustählen in ermüdungsbeanspruchten Schweißkonstruktionen durch einen lokal begrenzten Einsatz von Nachbehandlungsverfahren an kritischen Konstruktionsdetails zu erreichen.Item Open Access Robustheit von Stahl- und Verbundrahmen durch gezielte Knotenausbildung(Stuttgart : Institut für Konstruktion und Entwurf, 2019) Keller, Nadine; Kuhlmann, Ulrike (Prof. Dr.-Ing.)Item Open Access Modeling the long-term behavior of structural timber for typical serviceclass-II-conditions in South-West Germany(2010) Schänzlin, Jörg; Kuhlmann, Ulrike (Prof. Dr.-Ing.)Creep deformation influences the serviceability limit state as well as the ultimate limit state of timber structures. In order to consider this time-dependent behavior, creep coefficients and rheological models have been developed by various researchers. Comparing the rheological models, quite different temporal deformations are evaluated for a duration of load of 50 ears. In order to find the model, which is most suitable to the situation in the region of Tübingen, South-West Germany, the existing deformations of several beams in roof structures in opened, protected but not heated buildings are measured. By loading the structure the elastic global stiffness of the particular element is determined. So creep coefficients can be evaluated, which should have been used by the engineer in order to get the existing deflection fter 50 years. Within the region of Tübingen, on average a creep coefficient of 2.23 was found based on these measurements. However, the standard deviation of 0.97 is quite large. For the numerical evaluation of the time-dependent behavior Toratti’s model is modified, so that it matches the measured deformations. This modified model is verified by an additional set of measurements in the region of Breisgau-Hochschwarzwald, where the influence of the snow on the creep coefficient has to be taken into account. However, the application of the modified model takes too much time due to the numerical solutions of the single time steps. By means of a case study, functions are fitted to the results of the models in order to develop “simple” functions for the determination of the creep coefficient with respect to the main influences. The creep deformation influences the ultimate limit state especially in composite structures or elements subjected to compression. For this reason, the influence of the increased creep strain is approximated for columns, in order to reach the same safety level as proposed in the current regulations in DIN 1052. Additionally, the design procedure for timber-concrete-composite structures is modified in order to consider the increased creep coefficients.Item Open Access Tragverhalten von Kopfbolzen in Verbundträgern bei senkrecht spannenden Trapezprofilblechen(2011) Konrad, Matthias; Kuhlmann, Ulrike (Prof. Dr.-Ing.)Verbundträger aus Stahlträgern mit aufliegender Verbundplatte aus querspannenden Trapezblechen und Aufbeton werden üblicherweise mit Kopfbolzen als Verbindungsmittel ausgeführt. Die Ergebnisse von 17 eigenen Push-Out Versuchen bestätigen die Ergebnisse bereits vorangegangener Untersuchungen, dass der normative Ansatz für den Fall senkrecht spannender Trapezprofilbleche die Kopfbolzentragfähigkeit in einer Vollbetonplatte mit Abminderungsfaktoren zu multiplizieren, die Tragfähigkeit im Mittel überschätzt sowie eine große Streubreite besitzt. Dem gegenüber zeigen die beiden empirisch ermittelten normativen Bestimmungsgleichungen für die mittlere Kopfbolzentragfähigkeit in einer Vollbetonplatte eine gute Übereinstimmung zwischen Versuchsergebnissen und rechnerischer Traglast bei jedoch ebenfalls unbefriedigender Streubreite. Es liegt also nahe anzunehmen, dass der Abminderungsfaktor zur Berücksichtigung der Rippengeometrie unzureichend ist und zur Überschätzung der Kopfbolzentragfähigkeit bei Verwendung von senkrecht spannenden Trapezprofilblechen führt. Der Vergleich der normativen Regelung mit vorhandenen alternativen Ansätzen/Modellen aus der Literatur anhand von ca. 300 Push-Out Versuchen mit senkrecht spannenden Trapezblechen zeigt, dass diese Modelle keine besseren Ergebnisse liefern als die normativen Regelungen bzw. in ihrer Anwendung zu kompliziert sind, um als Ersatz zu dienen. Aus diesem Grund wird in der vorliegenenden Arbeit ein verbesserter Ansatz zur Bestimmung der Kopfbolzentragfähigkeit in Vollbetonplatten als auch bei Verwendung von senkrecht spannenden Trapezblechen entwickelt. Für den Fall „Kopfbolzen in einer Vollbetonplatte“ werden die den maßgebenden Tragkomponenten berücksichtigt. Der Vergleich mit 140 Push-Out Versuchen mit Vollbetonplatte zeigt, dass der neue Ansatz deutlich bessere Ergebnisse liefert als die momentan gültige normative Regelung. Hierbei sei auch auf die Anwendbarkeit bei höherfesten Materialien hingewiesen. Ausgehend von diesen neuen Bestimmungsgleichungen, wird mit Hilfe einer umfangreichen FE-Parameterstudie die geometrischen Haupteinflussgrößen der Rippengeometrie auf die Kopfbolzentragfähigkeit bei Verwendung von senkrecht spannenden Trapezblechen mit Aufbeton erfasst. Mit Hilfe dieser Ergebnisse können neue Abminderungsfaktoren vorgeschlagen werden, die für die vorliegende Datenbasis, im Vergleich zur Norm sowie zu den anderen Ansätzen/Modellen die genauesten Ergebnisse sowohl bezogen auf den Mittelwert als auch auf die Streubreite aufweisen. Dieser Vorschlag ist in seiner einfachen Anwendung mit der Norm vergleichbar.Item Open Access Buckling behaviour of unstiffened and stiffened steel plates under multiaxial stress states(Stuttgart : Institut für Konstruktion und Entwurf, 2016) Zizza, Antonio; Kuhlmann, Ulrike (Prof. Dr.-Ing.)Modern steel constructions such as long span bridges are characterised by slender plated structures and the optimisation of their fabrication. Since often several internal forces act at the same time on the cross-section, very complex multiaxial stress states may develop. The aim of this work is to investigate the buckling behaviour of unstiffened and stiffened steel plates under several load combinations and especially to analyse the influence of tensile stresses. As in EN 1993-1-5 according to the reduced stress method multiaxial stress states are already considered in the determination of the single plate slenderness, this theoretically allows for taking into account the positive effect of tensile stress on the buckling behaviour. However, only few studies looked at this effect until now and systematic investigations are missing, so that this work clarifies this open issue. Experimental investigations on stiffened and unstiffened steel plates are conducted showing the buckling behaviour under several multiaxial stress states, which are observed also for the numerical investigations. The validated numerical models are used for the realisation of studies including the variation of a wide range of parameters by the multi-purpose code ABAQUS considering the interaction cases tension-compression, tension-shear, compression-shear and bending-shear on unstiffened plates as well as biaxial compression on stiffened plates. Based on the presented parametric study a new proposal is developed and compared to the numerical results showing good agreements for the investigated load cases justifying the utilisation of positive effects from tensile stresses and an improvement of the interaction considering bending-shear. The outcomes of this work allow the consideration of tensile stresses for the design of plated structures and is in full accordance with the principles of the reduced stress method for the current design procedure in EN 1993-1-5. Furthermore, the numerical analyses highlight issues regarding the modelling and the realisation of buckling analyses using the Finite Element Method, especially in terms of initial imperfections.Item Open Access Rahmenecken aus Holz mit eingeklebten Gewindestangen(2002) Lippert, Peter; Kuhlmann, Ulrike (Prof. Dr.-Ing.)Rahmenecken mit eingeklebten Gewindestangen bieten im Vergleich zu herkömmlichen Rahmeneckverbindungen Vorteile im Hinblick auf Tragfähigkeit, Herstellung, Montage und Transport. Zur Umsetzung dieser Vorteile wird auf der Basis existierender Verbindungen mit eingeklebten Gewindestangen ein neuer Verbindungstyp entworfen, der einfach zu erstellen und schnell zu montieren ist. Er ermöglicht eine effiziente, rationale Fertigung und Errichtung von Tragwerken, da die Rahmenelemente einzeln auf die Baustelle transportiert und dort mittels stahlbaumäßiger Verbindungen schnell zusammengefügt werden können. Der Kraftfluß in dieser Verbindung wird untersucht und durch ein mechanisches Modell erfaßt. Für die Berechnung erforderliche Annahmen werden anhand von FE-Berechnungen festgelegt. Bauteilversuche an zwei Rahmenecken bestätigen die getroffenen Annahmen und das entwickelte mechanische Modell. Wird die Rahmenecke ausschließlich durch schließendes Moment belastet, kann die Druckkraft durch Kontakt übertragen werden. Eine Erhöhung des Querschnittes im Eckbereich durch Anordnung einer Voute verbunden mit einer Verstärkung des Druckbereiches kann die Querschnittsausnutzung der Rahmeneckverbindung auf 100% der Momententragfähigkeit des Rahmenquerschnittes steigern. Wird der durch eine Voute erhöhte Querschnitt durch ein öffnendes Moment belastet, erfolgt die Zugkrafteinleitung in den Querschnitt entlang des Voutenrandes, schräg zur Faser. Aus der Aufteilung der Kraft in Zug parallel und rechtwinklig der Faserrichtung resultiert unmittelbar Querzugversagen. Bei der Übertragung öffnender oder wechselnder Momente muß daher auf eine Voute verzichtet werden. Für den Nachweis des Holzquerschnittes am Ende der Gewindestangen ist die Kenntnis der Spannungsverteilung im Holz notwendig. Diese wird auf der Basis einer Parameterstudie mit einem dreidimensionalen numerischen Modell berechnet. Zur einfachen Anwendung wird die Lastausbreitung in Abhängigkeit verschiedener geometrischer Parameter und Materialkennwerte als Winkel zur Gewindestangenachse angegeben. Eingeklebte Gewindestangen können mit der in Arbeit befindlichen Neufassung der DIN 1052 eingesetzt werden. Ihre Verwendung wird die Optimierung bestehender wie auch die Entwicklung neuer Verbindungen ermöglichen und damit dem Holzbau weiteren Auftrieb geben.Item Open Access Querkrafttragfähigkeit zugbeanspruchter Stahlbetonplatten in Verbundbrücken(2003) Ehmann, Jochen; Kuhlmann, Ulrike (Prof. Dr.-Ing.)Im Verbundbau aus Stahl und Beton können in der Betonplatte bereichsweise oder über die gesamte Länge des Trägers Zugnormalkräfte auftreten, die weit größer sind als die Zugnormalkräfte in reinen Stahlbeton- bzw. Spannbetonbauwerken. So ist die in Längsrichtung nicht vorgespannte Fahrbahnplatte einer Stabbogenverbundbrücke oder die Betonplatte über der Stütze von Durchlaufträgersystemen i. A. schon im Gebrauchszustand fast vollständig gerissen. Über diese Risse hinweg müssen Querlasten wie beispielsweise die Radlasten des über die Fahrbahnplatte rollenden Verkehrs abgetragen werden. Die Tragfähigkeit von „gezogenen“ Platten ohne Querkraftbewehrung unter Querbelastung wurde bislang nicht umfassend untersucht. Für die Bemessung wird i. A. eine Gleichung verwendet, die für die Ausnutzung der tragfähigkeitssteigernden Wirkung einer Längsdruckkraft z. B. aus Vorspannung bestimmt wurde. Diese Arbeit hat zum Ziel die Querkrafttragfähigkeit infolge Zugbeanspruchung gerissener Verbundplatten umfassend zu untersuchen. Dazu werden zuerst Versuche anderer Forscher in diesem Themenbereich analysiert sowie einige Modelle zur Querkraftabtragung auf ihre Anwendbarkeit für Stahlbetonplatten mit Längszugkräften überprüft. Eigene Versuche, die im Zusammenhang mit dieser Arbeit durchgeführt wurden, werden beschrieben und ausgewertet. Ein numerisches Modell auf der Grundlage der Methode der Finiten Elemente wird durch Versuchsergebnisse verifiziert und zur Untersuchung verschiedener Einflussparameter auf die Querkrafttragfähigkeit verwendet. Ein mechanisches Modell wird entwickelt, das den Versagensmechanismus des Querkraftversagens bei gleichzeitiger Normalkraftbeanspruchung beschreibt. Die Ergebnisse dieser Forschungsarbeit münden in einen Bemessungsansatz, der die Querkrafttragfähigkeit von Platten unter Längszug wirklichkeitsnah erfasst.Item Open Access Tragverhalten von Flachdecken mit Hutprofilen(2001) Fries, Jürgen; Kuhlmann, Ulrike (Prof. Dr.-Ing.)Flachdecken in Verbundbauweise besitzen gegenüber Verbundträgern mit hohen Baustahlgurten insbesondere durch das Aufreißen des Stahlbetons ein anderes Tragverhalten. Deckengleiche Verbundträger verhalten sich eher wie reine Stahlbetonträger als wie Verbundträger mit überdrücktem Betongurt. Bei dieser neuen Bauart ist die im Verbundbau übliche Vernachlässigung des Eigenträgheitsmomentes und des Momentenbeitrags des Stahlbetons unwirtschaftlich. Gegenstand der Untersuchungen ist die Ermittlung des Tragverhaltens und die Optimierung der Bemessung von deckengleichen Verbundträgern in Hutform. Den Hauptschwerpunkt bildet die realistische Erfassung der Verformung unter Berücksichtigung der Teilverbundwirkung. Zur Überprüfung der auf rechnerischem Wege hergeleiteten Ergebnisse sind experimentelle Untersuchungen mit insgesamt neun Versuchsträgern durchgeführt worden. Sechs Versuchsträger sind als Einfeldträger ausgebildet worden. Im negativen Momentenbereich sind drei Versuchsträger geprüft worden. Auf der Basis eines Rechenmodells, das die Nachgiebigkeit in der Verbundfuge und die materielle Nichtlinearität des Stahlbetongurtes iterativ erfaßt, ist ein Vorschlag zur Ermittlung der Verformungen von Flachdecken mit Hutprofilen hergeleitet worden. Mit den neuen modifizierten Trägheitsheitsmomenten für den Zeitpunkt t = 0 bzw. t = unendlich werden im Vergleich zu den für diese Bauart sehr konservativen Regelungen der Norm realistischere Verformungen ermittelt. Im üblichen Anwendungsbereich von Flachdecken mit Hutprofilen ergeben sich Reduktionen der rechnerischen Verformungen von bis zu 250 Durch Erfassung der Bewehrung bei der Ermittlung der positiven Momententragfähigkeit der Flachdecke mit Hutprofil sind im üblichen Anwendungsbereich Tragfähigkeitssteigerungen von bis zu 35 möglich.Item Open Access Trag- und Ermüdungsverhalten liegender Kopfbolzendübel im Verbundbau(2003) Kürschner, Kai; Kuhlmann, Ulrike (Prof. Dr.-Ing.)Neue interessante Verbundquerschnitte aus Stahlbeton und Baustahl im Hoch- und Brückenbau führen unter Berücksichtigung konstruktiver, fertigungstechnischer und wirtschaftlicher Gesichtspunkte zu einer liegenden Anordnung von Kopfbolzendübeln mit teilweise nur geringem Abstand der Dübelreihe zum freien Plattenrand. Infolge des geringen Randabstands ergeben sich gegenüber stehenden Kopfbolzen unterschiedliche Bettungseigenschaften der Dübel im umgebenden Stahlbeton-Werkstoff und somit auch ein abweichendes Trag- und Ermüdungsverhalten der Verbundfuge. Die vorliegende Arbeit behandelt das Trag- und Ermüdungsverhalten liegender Kopfbolzendübel im Verbundbau. Ausgehend von einer vorangegangenen Dissertation zum Tragverhalten unter reinem Längsschub wird im Rahmen dieser Arbeit sowohl das Tragverhalten – d. h. insbesondere die Tragfähigkeit – von Verbundfugen mit liegenden Kopfbolzendübeln unter reinem Querschub und kombiniertem Quer- und Längsschub als auch das Verformungsverhalten der Verbundfuge für beide Beanspruchungsrichtungen untersucht und diskutiert. Darauf aufbauend wird für Anwendungen in Verbundbrücken das Ermüdungsverhalten unter reinem Längsschub systematisch untersucht. Im Hinblick auf zukünftige Anwendungen von liegenden Kopfbolzendübeln werden auf Grundlage experimenteller und theoretischer Untersuchungen einfache Bemessungsregeln für den Nachweis der Verbundsicherung sowohl im Grenzzustand der Tragsicherheit und als auch der Gebrauchstauglichkeit entwickelt. In Ergänzung dazu werden Hinweise und Empfehlungen zur konstruktiven Durchbildung der Verbundfuge und des auflagernahen Bereichs der Stahlbetonplatte herausgearbeitet und vorgestellt. Die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit ermöglichen eine wirtschaftliche Anwendung von randnah angeordneten Kopfbolzendübeln in innovativen Verbundkonstruktionen im Hoch- und Brückenbau. Für die Ingenieurpraxis werden hierzu Entscheidungskriterien und einfache Hilfsmittel vorgestellt, die ab sofort auch eingesetzt werden können.
- «
- 1 (current)
- 2
- 3
- »