02 Fakultät Bau- und Umweltingenieurwissenschaften
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Item Open Access Warmbeton : Mischungsentwicklung mit verbesserter Übertragbarkeit in den Realmaßstab(2019) Schließer, Agnes; Garrecht, Harald (Prof. Dr.-Ing.)Warmbeton vereint tragende und wärmedämmende Eigenschaften in einem Baustoff. Damit ist die monolithische Ausführung von Außenwänden und der Verzicht auf eine zusätzliche Wärmedämmschicht möglich. Die Entwicklung und Verbesserung solcher Baustoffe wird von der klimaschutzpolitischen Forderung nach einem annähernd klimaneutralen Gebäudebestand in Deutschland gefördert. Findet die Entwicklung neuer Betone ausschließlich im Labor statt, sind unter den dort herrschenden optimalen Bedingungen sehr gute Betoneigenschaften einstellbar. Für eine erfolgreiche Übertragung in den Realmaßstab ist bereits von Beginn der Mischungsentwicklung an auf ein robustes Frischbetonverhalten zu achten, das über die Betrachtung der Packungsdichte abzuschätzen ist. Wird ebenfalls frühzeitig der von Mischerbautyp und -größe abhängige Energieeintrag in die Mischung betrachtet, ist die Übertragung vom Labor- auf den Produktionsmischer bei nahezu gleichbleibender Betongüte möglich. Unter Berücksichtigung dieser Einflussgrößen gelang die Reduzierung der Wärmeleitfähigkeit eines Warmbetons auf einen Bemessungswert von lediglich 0,125 W/(m·K). In der vorliegenden Arbeit werden Mischungsentwicklung und Betoneigenschaften zusammengefasst.Item Open Access Einfluss des Tragverhaltens von Dübelbefestigungen auf die Bauwerk-Komponenten-Wechselwirkungen bei Erdbebenbeanspruchung(2019) Dwenger, Fabian; Garrecht, Harald (Prof. Dr.-Ing.)Befestigungen mit nachträglich montierten Dübeln haben sich im Hochbau in den letzten Jahrzehnten als flexibel einsetzbare Verbindungsmethode zwischen Komponenten und Stahlbetontragwerken bewährt. Auch im kerntechnischen Bereich wurden nachträglich montierte Dübel zur Befestigung z. B. von Rohrleitungen an Stahlbetonstrukturen eingesetzt. Aufgrund der hohen sicherheitstechnischen Bedeutung von Integrität und Funktionsfähigkeit kerntechnischer Komponenten werden an deren lastabtragende Befestigungen ebenfalls hohe Anforderungen gestellt. Dies gilt insbesondere für außergewöhnliche Einwirkungen z. B. im Falle eines Erdbebens. Durch die Erdbebenerregung des Reaktorgebäudes und der daran befestigten Komponenten sind auch die Befestigungen schwingenden Belastungen ausgesetzt. Kommt es infolge der Erdbebeneinwirkung auf das Tragwerk zu Rissbildung im Beton, können Risse im Verankerungsgrund auch zu einer signifikanten Anzahl von Rissöffnungszyklen führen, die das Last-Verschiebungsverhalten der Dübel beeinflussen. Die detaillierte Untersuchung des Tragverhaltens von Dübelbefestigungen bei schwingender Belastung und bei Öffnen und Schließen von Rissen war in den letzten Jahren Gegenstand zahlreicher Forschungsvorhaben auch in Deutschland, nachdem in deutschen Kernkraftwerken fehlerhaft montierte Dübel festgestellt wurden und dadurch Sicherheitsbedenken hinsichtlich der Auswirkungen auf Komponenten entstanden. Die in dieser Dissertation vorgestellten Untersuchungen leisten insbesondere zur numerischen Untersuchung des Tragverhaltens des Gesamtsystems Bauwerk-Befestigung-Rohrleitung bei Erdbebeneinwirkung einen Beitrag. Ziel dieser Arbeit ist es, anhand realitätsnah gewählter numerischer Modelle den Einfluss des lokalen Befestigungstragverhaltens auf das strukturdynamische und –mechanische Verhalten des Gesamtsystems Bauwerk-Befestigung-Rohrleitung bei Erdbebeneinwirkung zu untersuchen. Zu diesem Zweck werden zunächst nach Darlegung der Problemstellung (Kapitel 1), Vorgehensweise und Zielsetzung (Kapitel 2) die notwendigen Grundlagen der relevanten Themengebiete im Stand von Wissenschaft und Technik (Kapitel 3) erarbeitet. Für die Entwicklung eines numerischen Modells des Tragverhaltens einer Befestigung werden zunächst vereinfachte (Rechen-)Modelle und Modellansätze, die in der Literatur zu finden sind, erläutert (Kapitel 4). Anhand dieser analytischen Rechenmodelle wird eine erste Abschätzung der zu erwartenden Dübelverschiebungen infolge Erdbebeneinwirkung durchgeführt. Anschließend wird entsprechend der Regeln des Kerntechnischen Ausschusses (KTA) eine Erdbebensimulation jeweils für ein Reaktorgebäude und für eine Rohrleitungskomponente durchgeführt (Kapitel 5). Um eine numerische Analyse des Gesamtsystems Bauwerk-Befestigung-Rohrleitung bei Erdbebeneinwirkung zu ermöglichen, wird ein numerisches Modell für eine Befestigung mit nachträglich montierten Dübeln auf Basis der zuvor dargestellten vereinfachten Rechenmodelle entwickelt (Kapitel 6). Darüber hinaus werden zulässige Modellvereinfachungen vorgenommen, um den Modellierungs- und Simulationsaufwand bei den Erdbebensimulationen zu reduzieren. Das numerische Modell für die Befestigung wird anschließend bei der numerischen Analyse des Gesamtsystems Bauwerk-Befestigung-Rohrleitung bei Erdbebeneinwirkung verwendet (Kapitel 7). Abschließend werden die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit diskutiert (Kapitel 8) und zusammengefasst (Kapitel 9) und ein Ausblick auf weitere Untersuchungen gegeben, die an diese Arbeit anknüpfen können (Kapitel 10).Item Open Access Climate sensitivity of a large lake(2013) Eder, Maria Magdalena; Bárdossy, András (Prof. Dr. rer. nat. Dr.-Ing.)Lakes are complex ecosystems that are on the one hand more or less enclosed by defined borders, but are on the other hand connected to their environment, especially to their catchment and the atmosphere. This study is examinig the climate sensitivity of large lakes using Lake Constance as an example. The lake is situated in Central Europe at the northern edge of the Alps, at the boundary of Austria, Germany and Switzerland. The maximum depth is 235 m, the total surface area is 535 km³ and the total volume 48.45 km². The numerical simulations in this study have been performed with the lake model system ELCOM-CAEDYM. The model system was validated using three different data sets: Observations of a turbid underflow after a flood flow in the main tributary, a lake-wide field campaign of temperature and phytoplankton, and long term monitoring data of temperature and oxygen in the hypolimion. The model system proved to be able to reproduce the effects of a flood flow in the largest tributary,. A huge turbid underflow was observed flowing into the main basin after an intense rain event in the Alps in August 2005. A numerical experiment showed the influence of the earth’s rotation on the flow path of the riverine water within the lake. The model also reproduced the temperature evolution and distribution and to some extent the phytoplankton patchiness measured in spring 2007 during an intensive field campaign. The model reproduced the measured time series of temperature and oxygen in the deep hypolimnion measured in the years 1980-2000. This indicates, that the vertical mixing and the lake’s cycle of mixing and stratification was reproduced correctly. Based on the model set-up validated with long term monitoring data, climate scenario simulations were run. The main focus was on temperature and oxygen concentrations in the hypolimnion, the cycle of stratification and mixing, and the heat budget of the lake. The meteorological boundary conditions for the climate scenario simulations were generated using a weather generator instead of downscaling climate projections from Global Climate Models. This approach gives the possibility to change different characteristics of the climate independently. The resulting lake model simulations are ”what-if”-scenarios rather than predictions, helping to obtain a deeper understanding of the processes in the lake. The main results can be summarized as follows: An increase in air temperature leads to an increase in water temperature, especially in the upper layers. The deep water temperature increases as well, but not to the same extent as the temperature of the epilimnion. This results in an increased vertical temperature difference. Due to the non-linear shape of the temperature-density curve, the difference in density grows even stronger than the temperature difference. This results in enhanced stratification stability, and consequently in less mixing. Complete mixing of the lake becomes more seldom in a warmer climate, but even in the scenario simulations with air temperature increased by 5 °C, full circulation took place every 3-4 years. Less complete mixing events lead to less oxygen in the hypolimnion. Additionally, as many biogeochemical processes are temperature dependant, the oxygen consumption rate is larger in warmer water. In the context of this study, climate variability is defined as episodes with daily average air temperatures deviating from the long-term average for this day of year. The episodes can be described by their duration in days and their amplitude in °C. Changes in climate variability can have very different effects, depending on the average air and water temperatures. The effects are stronger in lakes with higher water temperatures: For the hypolimnetic conditions, the seasonality in warming is important: Increasing winter air temperatures have a much stronger effect on the water temperatures in the lake than increasing summer temperatures. The combined effects of a warmer climate and higher nutrient concentrations enhances oxygen depletion in the hypolimnion. Finally, it is discussed, to what extent the results of this study are transferrable to other lakes. The reactions of Lake Constance to climate change are determined by the physical, geographical and ecological characteristics of the lake. Hydrodynamic reactions are defined by the mixing type, water temperatures and the residence time of the water in the lake. Furthermore it is important that the lake is almost never completely ice-covered, and that there are only minor salinity differences. The reactions of the ecosystem are determined also by the oligotrophic state of the lake. Results of this study thus can be transferred to other deep, monomictic, oligotrophic fresh water lakes, as for example the other large perialpine lakes of glacial origin.Item Open Access Numerical and experimental study of concrete structures exposed to impact and fire(2018) Ruta, Daniela; Ožbolt, Joško (Prof. Dr.-Ing. habil.)During their service life concrete and reinforced concrete structures may be exposed to extreme loading conditions such as fire, explosions, impact, earthquakes and terroristic attacks. In particular situations, as in case of chemical industries where the probabilities of explosions are relatively high, combination of extreme loadings represents a major risk. To assure safety conditions in terms of cost and lives losses for the involved structure as well as for the surrounding buildings, it is important to take into account the effect of multi-hazard phenomena. The aim of this work is to study the dynamic concrete behaviour after thermal exposure analyzing the change of the material state and structural response, by means of experimental tests and numerical analysis. In the literature, few studies can be found on the behaviour of concrete and RC structures subjected to coupled thermal and dynamic loads. The results of the study are also useful to extend the experimental and numerical database available in the literature. Experimental and numerical investigations on fire exposed plain concrete (compact tension specimen) and full scale reinforced concrete structures (slabs and frames) under high loading rates are presented and discussed.Item Open Access Die Quellstärke in der Sickerwasserprognose : Möglichkeiten und Grenzen von Labor- und Freilanduntersuchungen(2010) Mackenberg, Sylvia; Metzger, Jörg W. (Prof. Dr. rer. nat. habil.)Den Umgang mit kontaminierten Böden und Standorten im Rahmen des Boden- und Grundwasserschutzes regeln in Deutschland das Bundes-Bodenschutzgesetz und die Bundes-Bodenschutz- und Altlastenverordnung (BBodSchV). Die Durchführung einer Sickerwasserprognose dient der Gefährdungsabschätzung einer Grundwasserkontamination durch Bodenbelastungen. Gemäß der BBodSchV umfasst sie Untersuchungen zur Mobilisierbarkeit von Stoffen durch das Bodensickerwasser sowie eine Transportbetrachtung der gelösten Stoffe bis zum Ort der Beurteilung, die Grenze zwischen der ungesättigten und der gesättigten Bodenzone. Neben dieser bundesweit geltenden Verordnung existieren landesinterne Regelungen sowie Verfahrensvorschläge in der Baustoffbranche zum Umgang mit Baustoff und Recyclingprodukten. Allen Fragestellungen gemein ist die Abschätzung der im Sickerwasser gelösten Stoffkomponenten sowie ihrer Konzentrationen nach dem Passieren eines kontaminierten Materials, was als Quellstärke bezeichnet wird. Ziel der vorliegenden Arbeit war es, Aussagen über die Vergleichbarkeit der in diesen Testverfahren erzielbaren Ergebnisse abzuleiten. Weiterhin stand die potenzielle Übertragbarkeit von Ergebnissen, die in Laborversuchen zur Bestimmung der Quellstärke im Rahmen einer Sickerwasserprognose ermittelt werden, auf reale Verhältnisse im Fokus der Untersuchungen. Basierend auf einer Beurteilung der Praxisrelevanz der einzelnen Laborverfahren sollte abschließend ein Verfahrensvorschlag zur Bestimmung der Quellstärke erarbeitet werden: In Batchversuchen wurden der Einfluss des Wasser-Feststoffverhältnisses (WFV) auf die qualitative und quantitative stoffliche Zusammensetzung des Eluats sowie die potenzielle Mobilisierbarkeit von Schadstoffe untersucht. Die Erhöhung des WFV bei anorganischen Stoffkomponenten führte in der Regel zu einer Verringerung der Stoffkonzentration. Im Gegensatz dazu wurden bei Materialien, die mit polycyclischen aromatischen Kohlenwasserstoffen (PAK) kontaminiert waren, unabhängig vom jeweiligen WFV immer konstante PAK-Konzentrationen gemessen. Vergleichbare Ergebnisse wurden in Laborsäulenversuchen bei voller Wassersättigung erzielt. Aufgetragen über das WFV nehmen die Konzentrationen der meisten anorganischen Stoffkomponenten bei stationären Versuchsbedingungen mit zunehmender Versuchsdauer ab. Die PAK-Konzentrationen wiesen konstante Werte auf. Im Rahmen der Untersuchungen zum Einfluss der Schichthöhe wurde die absolute Kontaktzeit zwischen dem Eluat und dem Untersuchungsmaterial (Aufenthaltsdauer des Eluats in der Säule) variiert. Bei gleichem WFV entstanden keine Konzentrationsunterschiede aufgrund einer größeren Schichthöhe. Auch die Verringerung der Flussrate und damit eine Erhöhung der spezifischen Kontaktzeit (direkter Kontakt zwischen Eluat und Bodenmatrix pro Wegstrecke) führte bei anorganischen Schadstoffen nur in wenigen Fällen zu einer Konzentrationsänderung. Für PAK wurden unterschiedliche Ergebnisse in Abhängigkeit des pH-Werts erzielt. Bei einem pH-Wert von 8 wurde eine Konzentrationsabnahme um mehrere Größenordnungen registriert, bei einem pH-Wert von 12 zeigte sich keine Änderung der Konzentration. Diese Unterschiede wurden auf mikrobiologische Aktivität bei einem pH-Wert von 8 zurückgeführt, die in einem basischen Milieu weitestgehend unterbunden wird. Um die Übertragbarkeit der Ergebnisse von Laboruntersuchungen auf Feldsituationen beurteilen zu können, wurden Versuche mit Laborlysimetern und Freilandsäulen unter Teilsättigung durchgeführt. Für PAK führen Laborversuche häufig zu einer Überschätzung des Gefährdungspotenzials, da ein biologischer Abbau bei vollständiger Wassersättigung stark gehemmt wird. Die im Labor ermittelten Konzentrationen anorganischer Stoffkomponenten stimmten größenordnungsmäßig mit den Konzentrationen der Freilandversuche überein. Infolge natürlich wechselnder Niederschläge und Temperaturschwankungen wichen die im Freiland gemessenen Konzentrationen bei gleichem WFV immer wieder von den Konzentrationen der Laborversuche unter stationären Bedingungen ab. Basierend auf den Ergebnissen der Untersuchungen wurde ein Vorschlag für ein praktisches Verfahren zur Bestimmung der Quellstärke ausgearbeitet, der die Aspekte Wirtschaftlichkeit und Praktikabilität der Durchführung, insbesondere im Hinblick auf eine akzeptable Versuchsdauer, vereint. Das stufenweise Vorgehen unterscheidet zwischen Materialien die mit anorganischen Schadstoffen bzw. Materialien die mit PAK belastet sind. Zu Beginn der Quellstärkebestimmung von Materialien mit anorganischen Schadstoffen stehen einfache Batchversuche. In Abhängigkeit der daraus erzielbaren Ergebnisse folgen gegebenenfalls Laborsäulenuntersuchungen mit variierbaren Fließbedingungen. Die Quellstärke PAK-haltiger Materialien wird in Abhängigkeit ihres jeweiligen pH-Werts ebenfalls anhand einfacher Batchversuche oder anhand von aufwändigeren Laborsäulenuntersuchungen mit einer Wasserteilsättigung der eingebauten Materialschicht ermittelt.Item Open Access Last-Verformungsverhalten von Mauerwerk im ebenen Spannungszustand(2019) Weber, Marius; Hofmann, Jan (Prof. Dr.)Das Hauptziel der vorliegenden Arbeit besteht darin, ein Materialmodell für quasi-statisch monoton beanspruchte Mauerwerksscheiben im ebenen Spannungszustand zu entwickeln und in die nichtlineare Finite-Elemente- (NLFE-) Methode zu implementieren. Der erste Teil der Arbeit umfasst eine Darstellung des Kenntnisstands von eben beanspruchten Mauerwerksscheiben. Es wird das grundlegende Tragverhalten dargestellt, die experimentellen Untersuchungsmethoden aufgezeigt und die numerische Modellbildung erörtert. Bestehende NLFE-Modelle aus der Literatur werden vorgestellt und kritisch hinterfragt. Es wird die in dieser Arbeit verwendete numerische Simulationsstrategie beschrieben und auf die zentralen Aspekte der mechanischen Formulierung von allgemein beanspruchten Flächenelementen eingegangen. Im Hauptteil der Arbeit wird das entwickelte Materialmodell für Mauerwerksscheiben vorgestellt und dessen numerische Umsetzung im Rahmen der NLFE-Methode erläutert. Die Verifikation des NLFE-Modells erfolgt anhand der Nachrechnung von publizierten Bauteilversuchen. Zudem wird das entwickelte Materialmodell für Mauerwerksscheiben mit einem bestehenden Materialmodell für Stahlbetonbauteile verknüpft und in die NLFE-Methode implementiert. Das Materialmodell für die Stahlbetonbauteile wird erörtert sowie Versuche an Mischtragwerken aus Stahlbetonbauteilen und Mauerwerksscheiben nachgerechnet. Die Zusammenfassung, die Schlussfolgerungen und der Ausblick runden die Arbeit ab.Item Open Access Adaptive Methoden zur Pfadverfolgung bei Entfestigung(2014) Pohl, Tanja; Bischoff, Manfred (Prof. Dr.-Ing. habil.)Diese Arbeit befasst sich mit der Entwicklung robuster und effizienter numerischer Kontrollmethoden zur Ermittlung statischer Gleichgewichtspfade. Insbesondere bei entfestigenden Strukturen versagen konventionelle Pfadverfolgungsmethoden häufig nach Erreichen von Traglastpunkten. Der Fokus der Arbeit liegt auf Adaptivitätskriterien, die den Auswertungsort eines Kontrollparameters in Abhängigkeit des Entfestigungsprozesses in jedem Lastschritt festlegen. Diese selbst-adaptierende Kontrollregion liefert die Grundlage für die Auswertung der Kontrollparameter der adaptiven Verzerrungskontrolle und der adaptiven Verschiebungskontrolle in der Prozesszone. Hierfür werden die äquivalenten Verzerrungen aller Gaußpunkte überwacht und mit Kriterien zur Bestimmung einer aktiven Prozesszone abgeglichen. Der identifizierte Gaußpunkt beziehungsweise das zugehörige Element bildet dann die Kontrollregion im aktuellen Lastschritt. In der adaptiven Verzerrungskontrolle sind die Kontrollgröße und der Parameter zur Identifikation der Kontrollregion identisch und direkt mit dem Schädigungsprozess verbunden. Die adaptive Verschiebungskontrolle in der Prozesszone beschreibt eine Verschiebungskontrolle des maximalen Inkrements der Elementverschiebungen in der Kontrollregion. Die Formulierung ist bis auf das Auswahlkriterium der Kontrollregion vom Schädigungsprozess entkoppelt. Die neu entwickelten Methoden weisen in den numerischen Beispielen wesentliche Verbesserungen im Bezug auf die Rechengeschwindigkeit gegenüber vergleichbar einsatzfähigen Methoden auf und vermeiden ungewollte künstliche Entlastungen.Item Open Access Sustainability assessment of fuel cell buses in public transport(2018) Lozanovski, Aleksandar; Whitehouse, Nicole; Ko, Nathanael; Whitehouse, SimonHydrogen fuel cell (H2FC) buses operating in every day public transport services around Europe are assessed for their sustainability against environmental, economic and social criteria. As part of this assessment the buses are evaluated against diesel buses both in terms of sustainability and in terms of meeting real world requirements with respect to operational performance. The study concludes that H2FC buses meet operability and performance criteria and are sustainable environmentally when ‘green’ hydrogen is used. The economic sustainability of the buses, in terms of affordability, achieves parity with their fossil fuel equivalent by 2030 when the indirect costs to human health and climate change are included. Societal acceptance by those who worked with and used the buses supports the positive findings of earlier studies, although satisfactory operability and performance are shown to be essential to positive attitudes. Influential policy makers expressed positive sentiments only if ‘green’ hydrogen is used and the affordability issues can be addressed. No “show-stopper” is identified that would prevent future generations from using H2FC buses in public transport on a broad scale due to damage to the environment or to other factors that impinge on quality of life.Item Open Access Einfluss einer hohen Kaltumformung auf das Loch- und Spannungsrisskorrosionsverhalten nichtrostender Stahldrähte im Hinblick auf eine Anwendung im Spannbetonbau(2016) Rauscher, Thomas; Nürnberger, Ulf (Prof. Dr.-Ing. habil. Prof. h.c.)In den vergangenen 60 Jahren sind immer wieder korrosionsbedingte Schäden an Spannbetonkonstruktionen aufgetreten, die zum schwerwiegenden Versagen von Bauteilen geführt haben. Aus bauingenieurmäßiger Sicht waren meist Planungs- und Ausführungsfehler die Ursache dafür, dass Spannstähle Brüche infolge wasserstoffinduzierter Spannungsrisskorrosion erlitten. Um Schäden zu vermeiden wurden die Spannstähle zusätzlich vor Korrosion geschützt. Zum Einsatz kamen hierbei metallische Überzüge und Epoxidharzbeschichtungen. Diese Schutzsysteme brachten allerdings nicht die erforderliche Sicherheit. Der Einsatz von hochfesten nichtrostenden Stahldrähten als Zugglieder im Spannbetonbau könnte somit eine mögliche Alternative bieten, da diese Stähle von sich aus einen deutlich höheren Korrosionswiderstand als unlegierte und niedriglegierte Spannstähle aufweisen. Nichtrostende Stähle werden bereits als Betonstähle mit niedrigeren Festigkeiten in hoch korrosionsbeanspruchten Bauteilen und in Form von hochfesten Seilen und Litzen unter atmosphärischen Bedingungen im Hoch- und Brückenbau erfolgreich eingesetzt. In der nun vorliegenden Arbeit wurde das Werkstoffverhalten von hochfesten nichtrostenden Stahldrähten unter kritischen Bedingungen des Spannbetonbaus ermittelt, um ihre Eignung als Spannstähle festzustellen. Bei den untersuchten Werkstoffen handelt es sich um austenitsche und um Duplex-Stähle. Die Zugfestigkeiten der untersuchten nichtrostenden Werkstoffe liegen in einem Bereich von 990 bis 2125 N/mm², was durch eine starke Kaltumformung der Drähte erreicht wurde. Nichtrostende Stähle (z.B. 1.4462) mit Festigkeiten ≥2000 N/mm² weisen allerdings für Spannstähle nicht ausreichende Verformungskennwerte auf. Wegen ihrer niedrigen Elastizitätsgrenze besitzen nichtrostende Stähle generell eine höhere Anfangsrelaxation als herkömmliche Spannstähle. Es konnte gezeigt werden, dass wegen des ausgeprägten Verfestigungsverhaltens dieser Nachteil durch ein zusätzliches Nachspannen kompensiert werden kann. Neben der mechanisch-technologischen Werkstoffcharakterisierung stand das Korrosionsverhalten der nichtrostenden Stähle im Mittelpunkt der durchgeführten Untersuchungen. Es wurde die Beständigkeit der Stähle hinsichtlich Lochkorrosion, chloridinduzierter Spannungsrisskorrosion und wasserstoffinduzierter Spannungsrisskorrosion unter für Spannstähle kritischen Bedingungen ermittelt. Unter Berücksichtigung aller Untersuchungen sind die gefügestabilen Nickel-Molybdän-Austenite 1.4401 und 1.4571 für einen Einsatz als Spannstahl geeignet. Der Mangan-Austenit P558 besitzt bei einer Festigkeit von etwa 1900 N/mm² immer noch ausreichend hohe Verformungskennwerte und ist aufgrund seiner hohen Beständigkeit hinsichtlich jeder Korrosionsart für einen Einsatz im Spannbetonbau sehr gut geeignet. Der Duplex-Stahl 1.4462 weist bis zu einer Festigkeit von etwa 1700 N/mm² noch ausreichende Verformungskennwerte sowie eine sehr hohe Beständigkeit hinsichtlich aller Korrosionsarten auf. Er ist bis zu dieser Festigkeit bestens als Spannstahl geeignet. Höhere Festigkeiten sind aufgrund seiner dann sinkenden Korrosionsbeständigkeit nicht zu empfehlen. Metastabile Chrom-Nickel-Austenite (1.4301 und 1.4310) weisen nur eine geringe Lochkorrosionsbeständigkeit auf. Der Chrom-Mangan-Austenit P560 und der Duplex-Stahl 1.4062 sind anfällig gegenüber chloridinduzierter Spannungsrisskorrosion und der Duplex-Stahl 1.4362 weist nur eine begrenzte Beständigkeit gegenüber wasserstoffinduzierter Spannungsrisskorrosion auf. Somit sollten diese Stähle nicht als Spannstähle eingesetzt werden.Item Open Access Statistical downscaling of extremes of precipitation in mesoscale catchments from different RCMs and their effects on local hydrology(2011) Alam, Muhammad Mahboob; Bardossy, Andras (Prof. Dr. rer. nat. Dr. -Ing.)Global climate models are the only available comprehensive tools for studying the affects of climate change on our earth in terms of changes in different meteorological and hydrological variables in future. Precipitation and temperature are two of the most important meteorological variables with regards to their affects on other meteorological (e.g. humidity, evaporation etc.) and hydrological (e.g. river runoff) variables and on human life (e.g. food fibre production, economy etc.). Among other important local and large scale phenomenon that affects the occurrence and amount of precipitation (and severity of temperature), geographical and topographical conditions perhaps play most important role in the behaviour of these variables in certain area. This makes the two variables more or less local phenomenons that need to be specifically studied for each area of interest individually. Unfortunately the scale at which global climate models (GCMs) operate is too large for any meaningful study to be performed related to future patterns of these two variables on local scale. Different methodologies have thus been developed to downscale (i.e. to increase the resolution of) GCM data to the local scale. The two broad categories of downscaling methodologies are statistical and dynamical downscaling. In statistical downscaling methodology, an attempt is made to develop a relationship between large scale GCM modelled variable (called predictor) and local scale observed/measured variable (called predictant). Assuming that in future this relationship will hold, the relationship is used to predict local scale predictand for future simulated scenarios of predictor. In dynamical downscaling (the so called regional climate models (RCMs)) on the other hand, an attempt is made to embed a complete physical model of more or less the same complexity as GCM, in a GCM and upon receiving values from GCM at its boundaries, recalculate all possible physical formulations at a much finer scale. The local conditions are thus taken in to account and the results are believed to be more suitable for local scale studies. Both downscaling methodologies have been extensively applied in climate change and impact studies around the world with varying degree of success and new techniques are consistently being developed to improve upon them. Both methodologies have associated advantages and disadvantages. While statistical downscaling is computationally much cheaper than RCMs, statistical downscaling is based on basic assumption of stationarity which is sometimes hard to justify. RCMs on the other hand although attempt to solve physical equations at local scale, does also inherit bias from the parent GCM. This thesis presents statistical downscaling methodology which attempts to correct for the biases that are inherited by different RCMs. Three different RCMs are considered for German part of Rhine basin and using bias correction methodology based on correction of quantiles of precipitation (and temperature for some studies), new scenarios of precipitation are developed. Further, a distributed version of conceptual hydrological model HBV is calibrated and validated for German part of Rhine basin and raw and downscaled RCM scenarios of precipitation are fed into the model to ascertain the future hydrological regime in face of climate change for this important river. The downscaling procedure briefly discussed above was applied in two ways. In the first case the statistical downscaling methodology was performed on RCM data without considering any constraint during quantile-quantile exchange between RCM control and scenario runs. In the second case, the quantile-quantile exchange was conditioned on occurrence of certain circulation pattern. It was briefly discussed above how precipitation (occurrence and amount) is conditioned by certain phenomenon. In addition to geographical and topographical location, precipitation also depends upon large scale circulation patterns. Thus it was assumed that conditioning the downscaling methodology also on circulation patterns would bring about better results. To realize above concept, classification of circulation patterns is performed. Fuzzy rule based classification methodology is used to classify circulation patterns. Two new methodologies of classification of circulation patterns are presented in this thesis. One is based on low flow conditions in rivers in the study area and the other is based on clustering of precipitation stations. The new classification methodology is believed to provide better classification of circulation patterns in that the difference between the individual classes is enhanced and similarity among the same class intensified. A classification analysis measure called wetness index was developed and used to identify critical circulation patterns among the classified circulation patterns. Critical circulation patterns were identified for extreme wet and dry conditions and it was shown that all extreme cases of floods and droughts are caused by identified critical CPs. This thesis also presents and applies another statistical downscaling methodology based on multivariate autoregressive model of order 1 (one). The methodology makes use of the classification of circulation patterns described above. The parameters of the autoregressive model depend upon the circulation patterns. The methodology is used for number of head catchments in southern and eastern Germany. Head catchments by definition have very quick response time to any significant precipitation event. They contribute quickly to the surface runoff and if they are head catchments of larger rivers, may also result in bigger flood events. Downscaling of precipitation was performed for these catchments by using mean sea level pressure (MSLP) as predictor and local station precipitation as predictant. The model was developed such that ensemble of daily precipitation could be produced. Thereby enabling one to estimate associated uncertainty. Finally drought analysis are performed for German part of Rhine basin using Palmer drought severity index. A FORTRAN routine is developed which can calculate different kind of drought indices such as Palmer drought severity index, Palmer hydrological drought index, and monthly moisture anomaly index for certain catchment. The program developed is also capable of simultaneously mapping the results. The mapping of results makes it possible to ascertain the severity of drought over the larger area. The analysis of drought is performed for observational gridded data set and for control and A1B scenarios of three different RCMs.