02 Fakultät Bau- und Umweltingenieurwissenschaften
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Item Open Access Guidelines for a finite element based design of timber structures(Stuttgart : University of Stuttgart, Institute of Structural Design, 2022) Töpler, Janusch; Kuhlmann, UlrikeItem Open Access Wassersensible Stadt- und Freiraumplanung : Handlungsstrategien und Maßnahmenkonzepte zur Anpassung an Klimatrends und Extremwetter ; SAMUWA Publikation(Stuttgart ; Universität Stuttgart, Institut für Landschaftsplanung und Ökologie, 2016) Deister, Lisa; Brenne, Fabian; Stokman, Antje; Henrichs, Malte; Jeskulke, Michael; Hoppe, Holger; Uhl, MathiasMit dem voranschreitenden Klimawandel (IPCC 2014) werden die schon heute beobachteten Starkregenereignisse, Hitzewellen und Trockenperioden insbesondere die Städte vor neue Herausforderungen stellen. Die zeitgleich zunehmende Urbanisierung und der damit verbundene Anstieg der versiegelten Flächen beeinflusst den Wasserhaushalt und das Abflussregime in den Städten zusätzlich negativ. Damit schwindet die Lebensqualität in einem Großteil der Städte durch häufigere Überflutungsereignisse, sich verschlechterndes Stadtklima, schlechtere Luftqualität sowie fehlender Rückzugsmöglichkeiten ins Grüne. Die Disziplinen der Siedlungswasserwirtschaft und der Stadt- und Freiraumplanung haben im Laufe der Zeit ihre individuellen Herangehensweisen und Instrumente entwickelt, um die genannten Probleme im Einzelfall anzugehen. Um den zukünftigen Veränderungsprozessen (Klimawandel, Demographie,...) und Herausforderungen (Flächenknappheit,...) effizient zu begegnen, ist eine wassersensible Stadtentwicklung mit multifunktionalen Flächennutzungen erforderlich. Dazu bedarf es der Entwicklung integrierter Planungsmethoden, die gesamtstädtische und teilräumliche Überflutungs- und Hitzevorsorgekonzepte mit den verschiedenen Planungsebenen der Stadt-, Verkehrs- und Landschaftsplanung verzahnen (vgl. Stokman 2013, Stokman et al. 2015, Skinner 2016). Ziel muss also sein, die Herangehensweisen, Instrumente, Modelle und Planungswerkzeuge der beteiligten Disziplinen aufeinander abzustimmen und einander zugänglich zu machen. Vorgehensmodell für eine interdisziplinäre Zusammenarbeit Der vorliegende Leitfaden ist das Produkt des Teilprojekts C.1 „Freiraumplanerische Gestaltungsstrategien“ des BMBF-Forschungsprojekts „Die Stadt als hydrologisches System im Wandel – Schritte zu einem anpassungsfähigen Management des urbanen Wasserhaushalts“ (SAMUWA). Er soll einen Prozess zur Erstellung eines „Wasserplans“ als Leitbild einer wasserbezogenen Stadtentwicklung aufzeigen, der die Zusammenarbeit der oben genannten Disziplinen ermöglicht. Dabei wird je nach Ausgangssituation das siedlungswasserwirtschaftliche Simulationstool WABILA (Fokus auf eine ausgeglichene Wasserbilanz)oder DYNA/ GeoCPM (++ Systems) (Fokus Überflutungsvorsorge) für die Entwicklung integrierter Strategien und konkreter Maßnahmenkonzepte genutzt. Das Wasserbilanzmodell WABILA ermöglicht eine vereinfachte Bilanzierung des urbanen Wasserhaushalts. Durch den Vergleich der mittleren Jahreswerte des Oberflächenabflusses, der Grundwasserneubildung und der Verdunstung des bebauten Zustands mit denen des unbebauten Zustands können Defizite im Wasserhaushalt identifiziert und konkrete Maßnahmen des Regenwassermanagements geplant werden. Derart entwickelte Maßnahmen berücksichtigen, wie im aktuellen DWA-A 102 (2016) gefordert (vgl. Henrichs et al. 2016) den lokalen, natürlichen Wasserhaushalt mit seinem jeweils lokalspezifischen Verhältnis zwischen den Hauptkomponenten Abfluss, Versickerung und Verdunstung. Mit Hilfe des Programmsystems DYNA/ GeoCPM lassen sich bidirektional gekoppelte 1D/ 2D Kanalnetz- und Oberflächenabflussmodelle aufbauen, mit denen Fließwege, Fließgeschwindigkeiten und die Ausbreitung von Starkregenabflüssen berechnen werden können (Gefährdungspotenzial). Durch die anschließende Überlagerung der ermittelten Gefährdungszonen mit Flächen- und Gebäudenutzungen sowie Infrastruktureinrichtungen (Schadenspotenzial) können die Auswirkungen von Überflutungen und damit das jeweils bestehende Risikopotential unterschiedlicher Stadträume ermittelt werden (vgl. BWK/ DWA 2013). Die jeweiligen siedlungswasserwirtschaftlichen Ergebnisse werden mit einem wasserbezogenen städtebaulichen Leitbild (dem Wasserplan) überlagert. Das Leitbild schlägt eine grundlegende städtebauliche Entwicklungsrichtung vor und berücksichtigt dabei bereits räumliche Potentiale für die Regenwasserbewirtschaftung bzw. Überflutungsvorsorge in Verbindung mit dem städtischen Freiraumsystem im Sinne einer integrierten Gesamtkonzeption. Darüber hinaus bezieht es weitere Anforderungen und Aspekte wie z. B. Überflutungshotspots, Hitzeinseln, Lärm und Luftqualität ein. Disziplinübergreifend werden aus der Überlagerung der wasserwirtschaftlichen und stadträumlichen Betrachtung resultierende Fokusgebiete als prioritäre Handlungsräume für die Maßnahmenplanung diskutiert und festgelegt. Dabei spielt eine Akkumulation von Handlungsbedarfen der einzelnen Fachplanungen eine Rolle, um möglichst große Synergieeffekte ausnutzen zu können. Für die Fokusgebiete können im Zusammenspiel von räumlichen Gestaltungskonzepten und deren Simulation/Überprüfung durch die siedlungswasserwirtschaftlichen Werkzeuge multifunktionale Maßnahmen- und Gestaltungskonzepte entworfen und iterativ optimiert werden. Den beiden Vorgehensmodellen inhärent ist eine andere Lesart der Stadt, die darauf abzielt, die Landschaft mit ihrem natürlichen Wasserhaushalt und der naturräumlichen Ordnung als „Gesetz“ der Stadtentwicklung zu betrachten, wie schon Walter Rossow es forderte (Daldrop-Weidmann 1991). Ermöglicht wird dies durch ein koordiniertes Vorgehen und einen abgestimmten Austausch von Informationen, Daten, Entwürfen und Simulationsergebnissen, sowie einer gemeinsamen Maßnahmenplanung an der interdisziplinären Schnittstelle zwischen Siedlungswasserwirtschaft und Stadt- und Freiraumplanung. Das fünf Schritte umfassende, übertragbare Vorgehensmodell wird bezogen auf zwei Modellgebiete in Gelsenkirchen und Wuppertal angewendet und die Methodik detailliert beschrieben und illustriert.Item Open Access Integrale Abflusssteuerung in Mischsystemen : Aspekte zu deren Einführung ; Leitfaden ; SAMUWA Publikation(2016) Haas, Ulrich; Ruf, Oliver; Dittmer, Ulrich; Schütze, Manfred; Besier, Heike; Weber, Christian; Papas, Michail; Bachmann, AnnaDie Wasserqualität der Gewässer hat sich in den letzten Jahrzehnten dank der hohen Investitionen in entwässerungs- und abwasserreinigungstechnische Einrichtungen deutlich verbessert. Mit dieser Entwicklung geht einher, dass Flüsse und Seen regelmäßig in den Focus der Stadt- und Landschaftsplaner gelangen, da sauberes und erlebbares (Regen-)Wasser ein wichtiger Baustein für die Lebensqualität in unseren Städten ist. Aufgrund der in der Europäischen Wasserrahmenrichtlinie verankerten integrativen und vorrangig immissionsorientierten Sichtweise sind weitergehende Maßnahmen zur Verringerung der Gewässerbelastung zu erwarten. Dies wird „DIE STADT AM FLUSS“ weiter in greifbare Nähe bringen. Die Wasserrahmenrichtlinie fordert in Artikel 4 „Umweltziele“ eine gute ökologische Qualität der Gewässer. Dies impliziert einen ganzheitlichen, ökologischen Ansatz bei der Bewirtschaftung von Gewässern und eine genaue Kenntnis der Herkunftswege von Belastungen. Es lassen sich die in Abb. 1 dargestellten Handlungsfelder ableiten. Unter der Überschrift „biologische Gewässergüte“ finden sich u.a. die Themen Regenwasserbehandlung und Kläranlage, welche im folgenden Beitrag beleuchtet werden. Das Kanalnetz, die Kläranlage und das Gewässer stehen über die Einleitungsstellen in einem engen Bezug. Die Abkehr von der bisherigen zumeist punktuellen hin zu einer linienförmigen Betrachtungsweise mit der Bezugsgröße Gewässerabschnitt bedarf deshalb eines aufeinander abgestimmten Betriebskonzepts. Mit den heute zumeist statisch wirkenden (ungesteuerten) Entwässerungstechniken lassen sich die zukünftigen Forderungen nicht ohne weiteres widerspruchsfrei erfüllen. Gerade vor dem Hintergrund der ganzheitlichen Betrachtungsweise bietet sich die integrale Abflusssteuerung (iAST) als eine Planungsvariante an. Sie nutzt den sich aus der Diskrepanz zwischen Planungs- und Ist-Zustand bietenden Handlungsspielraum konsequent aus. Die Verbesserungen, die eine integrale Abflusssteuerung für das Gesamtsystem Kanalnetz, Kläranlage und Gewässer schafft, werden auf konventionelle Weise nur durch eine Vergrößerung der Speicherkapazität erzielt. Mit der Einführung einer integralen Abflussteuerung im Modellgebiet Reutlingen werden Wege aufgezeigt, wie bei Regenwetter durch interaktives Eingreifen in das Abflussgeschehen, Einleitungen von Überlaufwasser zum Schutze der Gewässer reduziert oder ganz vermieden werden.Item Open Access Häufigkeit und Sicherheit kleiner Radien auf autobahnähnlichen Bundesstraßen im Großraum Stuttgart(Stuttgart : Baden-Württemberg, Regierungspräsidium Stuttgart, 2018) Holzwarth, JürgenAnhand des im weiteren Großraum Stuttgart bestehenden rund 200 Kilometer langen Netzes autobahnähnlich ausgebauter Bundesstraßen sollte überprüft werden, ob für die Entwurfsklasse EKA 2 größere als die in den Richtlinien für die Anlage von Autobahnen - RAA (FGSV, 2008) aufgeführten Mindestradien erforderlich sind. Hierzu wurden im Bestandsnetz der autobahnähnlichen Bundesstraßen im Großraum Stuttgart Streckenabschnitte mit ähnlichen Standards wie diejenigen der EKA 2 ausgewählt. Die dort vorhandenen Kurvenradien wurden nach Häufigkeit ihres Vorkommens und nach deren Unfallrisiko ausgewertet. In die Untersuchung konnten 173 km autobahnähnlich ausgebaute Bundesstraßen einbezogen werden. Insgesamt werden in diesen Abschnitten 213 Kreisbögen in unterschiedlichen Radienklassen betrachtet. Die Untersuchungen ergeben unter anderem, dass Kreisbögen mit Radien R < 650 m insbesondere in Linkskurven stets Unfallhäufungen und ein deutlich erhöhtes Unfallrisiko aufweisen als größere Radien. Kreisbögen mit Radien zwischen R = 650 m und R = 900 m weisen im Untersuchungskollektiv im Mittel ein sehr viel kleineres Unfallrisiko und seltener Unfallhäufungen im Längsverkehr auf, wenn die Radienfolge R1/R2 ≤ 1,5 annähernd eingehalten ist. Aus den Ergebnissen der Studie werden Empfehlungen zur Verwendung von Radien für die Entwurfsklasse EKA 2 im Rahmen der Fortschreibung von Regelwerken des Straßenentwurfs, hier insbesondere der Richtlinien für die Anlage von Autobahnen (RAA) abgeleitet.Item Open Access Regionale Energie- und Umweltanalyse für die Region Hochrhein-Bodensee : Endbericht(1989) Müller, Thomas; Boysen, Barbara; Fahl, Ulrich; Friedrich, Rainer; Kaltschmitt, Martin; Kuntze, Richard; Voß, Alfred; Giesecke, Jürgen; Jorde, Klaus; Voigt, C.Ziel dieses Vorhabens ist es, für die Region Hochrhein-Bodensee eine fundierte Daten- und Informationsbasis sowie ein Analyseinstrumentarium zu erarbeiten, das rationale und effiziente Entscheidungen über die Verringerung der Luftschadstoffbelastung, den Ausbau der Energieversorgung und über Maßnahmen zur Energieeinsparung in diesem Gebiet ermöglicht.Item Open Access Gutachten zur Beeinflussung der Grundwassertemperaturen durch das Werk Ettenheim der BASF : Gutachten 82/21(1982) Kobus, Helmut; Söll, ThomasZiel des Gutachtens ist es, die Entwicklung der Temperaturanomalie bei der geplanten Kühlwassereinleitung abzuschätzen und insbesondere Aussagen darüber zu liefern, ob und in welchem Maße das Wassergewinnungsgebiet Kaiserwald der Stadt Lahr hiervon betroffen wird. Hierzu sind Aussagen über die voraussichtliche Temperaturerhöhung für die Schutzzone IIIa des Wasserwerks (Jahreslinie) erforderlich. Das Gutachten enthält Abschätzungen anhand von Prinziprechnungen, die von den wenigen verfügbaren Daten über die Beschaffenheit des Grundwasserleiters ausgehen. Gleichzeitig enthält es Empfehlungen für ein begleitendes Meßprogramrn zur Beobachtung der Strömungs- und Temperaturverhältnisse nach Inbetriebnahme des ersten Bauabschnitts. Diese Naturmessungen dienen dazu, eine zuverlässige Prognose über die langfristige Entwicklung der Temperaturanomalie zu erstellen. Des weiteren werden Hinweise zur Anordnung von Schluck- und Entnahmebrunnen gegeben sowie größenordnungsmäßig die Auswirkung von hydraulischen Kurzschlußströmungen diskutiert.Item Open Access Einfluss einer hohen Kaltumformung auf das Loch- und Spannungsrisskorrosionsverhalten nichtrostender Stahldrähte im Hinblick auf die Anwendung im Spannbetonbau : Schlussbericht zu dem IGF-Vorhaben 17213 N/1(2014) Rauscher, Thomas; Nürnberger, UlfHochfeste nichtrostende Stähle wurden unter kritischen Bedingungen des Spannbetonbaus untersucht. Bei den untersuchten Werkstoffen handelt es sich einerseits um austenitsche Stähle, andererseits um Duplex-Stähle (austenitisch-ferritisch). Die Zugfestigkeiten der untersuchten nichtrostenden Werkstoffe liegen in einem Bereich von 990 bis 2125N/mm², was durch eine starke Kaltumformung der Drähte erreicht wurde. Nichtrostende Stähle besitzen wegen der niedrigen Elastizitätsgrenze eine höhere Anfangsrelaxation als herkömmliche Spannstähle. Es konnte gezeigt werden, dass wegen des ausgeprägten Verfestigungsverhaltens dieser Nachteil durch ein zusätzliches Nachspannen kompensiert werden kann. Die Feststellung des Lochkorrosionsverhaltens erfolgte mittels potentiodynamischer Messung des Lochkorrosionspotentials. Bei den metastabilen austenitischen Stählen und den Duplexstählen besteht zwar die Tendenz, dass das Lochkorrosionsverhalten mit zunehmender Kaltumformung geringfügig ungünstiger wird. Die Lochkorrosionsbeständigkeit verbleibt jedoch auf einem hohen Niveau. Die nichtrostenden Stähle weisen auch nach starker Kaltumformung, also bei den höchsten untersuchten Festigkeiten, ein deutlich besseres Lochkorrosionsverhalten als herkömmliche Spannstähle vergleichbarer Festigkeit auf. Zur Feststellung der Anfälligkeit gegenüber chloridinduzierter Spannungsrisskorrosion wurden isotherme Standzeitversuche an Bügelproben in chloridgesättigten Elektrolyten bei unterschiedlichen pH-Werten und Temperaturen durchgeführt. Vor allem ansteigende Temperaturen und fallende pH-Werte, tendenzmäßig aber auch hohe Kaltumformungen, führen zu einer Abnahme der Beständigkeit gegenüber chloridinduzierter Spannungsrisskorrosion. Die Beständigkeit gegenüber wasserstoffinduzierter Spannungsrisskorrosion wurde mittels FIP-Versuchen in hochkonzentrierter Ammoniumthiocyanatlösung ermittelt. Anhand von mikroelektrochemischen Versuchen konnte gezeigt werden, dass die verformungsinduzierten Martensitbereiche die korrosionsanfälligere Gefügephase bei metastabilen Austeniten darstellen. Bei den Duplex-Stählen ist die ferritische Phase anfälliger gegenüber Korrosion. Unter Berücksichtigung aller Ergebnisse gilt folgendes: Die gefügestabilen Austenite 1.4401 und 1.4571, der Duplexstahl 1.4462 sowie der Manganaustenit P558 zeigen gegenüber allen untersuchten Korrosionsarten ein durchwegs sehr gutes und erheblich besseres Korrosionsverhalten als herkömmliche Spannstähle. Bei dem Stahl 1.4462 sollte die Festigkeit, schon wegen der geringeren Verformungskennwerte bei zu hohen Kaltverfestigungen, allerdings auf Werte deutlich unter 2000N/mm² begrenzt werden. Die metastabilen Stähle 1.4301 und 1.4310 besitzen gegenüber den vorgenannten Stählen eine geringere Beständigkeit gegenüber chloridinduzierter Lochkorrosion und sind somit nur mit Einschränkung für einen Einsatz im Spannbetonbau zu empfehlen. Der Duplexstahl 1.4362 liegt hinsichtlich seiner Beständigkeit gegenüber wasserstoffinduzierter Spannungsrisskorrosion nur im Bereich der un- bzw. niederlegierten Spannstähle und ist somit für eine Anwendung im Spannbetonbau nicht zu empfehlen. Der Mangan-Austenit P560 und der nickelärmere Duplexstahl 1.4062 sind wegen ihrer geringen Beständigkeit gegenüber chloridinduzierter Spannungsrisskorrosion ungeeignet für einen Einsatz im Spannbetonbau.Item Open Access Imperfektionsmessungen an stabilitätsgefährdeten Holzbauteilen : Schlussbericht : Forschungsvorhaben DIBt P 52-5- 13.194-2048/19(2022) Töpler, Janusch; Kuhlmann, UlrikeDie Holztragwerke von 23 Bauvorhaben wurden mit einem Laserscanner vermessen und die Daten von 202 BSH Bindern, 38 Buchen-Furnierschichtholz Bindern und 57 Buchen FSH Stützen in Bezug auf die Montagegenauigkeit und Imperfektionen ausgewertet. Die Messungen wurden direkt nach Montage und Ausrichten der Tragwerke durchgeführt. Für alle gemessenen Imperfektionen galt, dass die Bemessungsansätze nach EN 1995-1-1 auf der sicheren Seite liegen. Zur Ermittlung von Ersatzimperfektionen wurden numerische Vergleichsberechnungen mit Abaqus CAE/2020 durchgeführt. Die Ersatzimperfektionen wurden in Form einer Sinushalbwelle angenommen. Die 95 % Quantilwerte der Vorverformungen wurden ausgewertet und daraus abgeleitete konsistente Bemessungsempfehlungen für Ersatzimperfektionen für die Stabilitätsnachweise nach EN 1995-1-1 angegeben.Item Open Access Qualitätsabhängige Kanalnetzsteuerung - Konzeption und Umsetzung lokaler und stadtgebietsweiter Steuerungsstrategien : Leitfaden ; SAMUWA Publikation(2017) Raith, Katja Ines; Hoppe, Holger; Kutsch, Stefan; Ante, Jens; Massing, ChristianDer vorliegende Leitfaden ist das Produkt des Teilprojektes B1 „Qualitätsabhängige Verbundsteuerung“ des BMBF-Forschungsprojektes INIS-SAMUWA (Förderkennzeichen 033W004D). Dieser Leitfaden stellt anhand des Praxisbeispiels Wuppertal und weiteren Beispielen von Qualitätsmessungen und Steuerungsstrategien eine Arbeitshilfe für die Konzeption und Umsetzung von lokalen und stadtgebietsweiten qualitätsabhängigen Steuerungsstrategien dar. Beispiele aus der Literatur sind mit der Aufzeichnung des innerhalb des Forschungsprojektes durchgeführten Maßnahmenpakets in Wuppertal verknüpft. Der Leitfaden beinhaltet die allgemeinen Aspekte der qualitätsabhängigen Steuerung und der damit verbundenen Zielsetzungen. Insbesondere dient dieser Leitfaden zur Abschätzung des Nutzens einer qualitätsabhängigen Steuerung für das individuelle Entwässerungssystem. Gleichfalls gibt der Leitfaden grundsätzliche Hinweise zu Bauwerken, Parametern und Messtechnik sowie konkrete Hinweise zu möglichen Einbauorten der Messtechnik. Es werden Strategien zu Wartung, Betrieb und Datenpflege aufgezeigt und Hinweise zur Genehmigung gegeben. Anhand des Praxisbeispiels Wuppertal wird eine Umsetzung in Deutschland beschrieben.Item Open Access Coupled thermo-mechanical inelastic analysis of reinforced concrete flexural members subjected to fire loads(2016) Lakhani, Hitesh; Sharma, Akanshu; Hofmann, JanA simplified procedure to evaluate the complete-load-deflection time response of Reinforced Concrete (RC) flexural members subjected to fire loads is presented in this report. The proposed approach is extendable for performance evaluation of RC structures at all three levels of complexity namely member level (e.g. beams, columns), sub assembly level (e.g. beam-column joints) and as well as the structural level. This approach involves the determination of moment-curvature characteristics for the critical sections of the fire affected structural member and performing nonlinear static analysis to determine the load-deflection response of the member exposed to fire loads. The thermal analysis is first performed to determine the temperature distribution across the section, for a given fire duration. Temperature-dependent stress-strain curves for concrete and steel are then utilized to perform a moment-curvature analysis. The moment-curvature relationships are obtained at regular intervals of the fire exposure. These are then utilized to obtain the load-deflection plots following nonlinear static analysis (Pushover Analysis). The load-deflection plots obtained for the different exposure duration's are then used to obtain the deflection-time plots for a particular load level. Moreover, one of the important issues of modeling the initial stiffness giving due consideration to stiffness degradation due to material degradation and thermal cracking has been addressed in a rational manner. The approach is straightforward and can be easily programmed in spreadsheets. Implementation and validation of the proposed approach with various experiments available in literature has been discussed in detail in this report. The report also discusses the in-house code developed for carrying out 2D transient heat transfer analysis and obtaining moment-curvature relationships.