Universität Stuttgart
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Item Open Access Analyse des thermisch induzierten Feuchtetransports in gefügedichten Betonen(2021) Stelzner, Ludwig; Garrecht, Harald (Prof. Dr.-Ing.)Beton, insbesondere hochfester Beton, neigt im Brandfall zu explosionsartigen Abplatzungen, die zu einer Reduzierung des tragfähigen Querschnitts und im schlimmsten Fall zu einem Bauteilversagen führen können. Als Ursache für explosionsartige Betonabplatzungen werden gegenwärtig thermohydraulische sowie thermomechanische Schädigungsprozesse angesehen. Zur Analyse der thermohydraulischen Schädigungsprozesse ist die Kenntnis der ablaufenden Transport-, Umlagerungs- und Freisetzungsprozesse des im Beton vorhandenen Wassers von zentraler Bedeutung. Daher liegt der Fokus der vorliegenden Dissertation auf der zerstörungsfreien Analyse des thermisch induzierten Feuchtetransports sowie der Feuchteumlagerung in Hochleistungsbeton (HPC). Insbesondere zielt die Arbeit auf den zerstörungsfreien Nachweis der Ausbildung einer Feuchteakkumulationszone im Betoninneren infolge der einseitigen thermischen Beanspruchung, entsprechend der „moisture clog“-Theorie, ab. Die experimentellen Arbeiten umfassen dabei Brandversuche an kleinformatigen Bauteilen, die zerstörungsfreie Verfolgung der Feuchteverteilung in miniaturisierten Prüfkörpern und die ergänzenden Baustoffuntersuchungen. Der Schwerpunkt liegt auf der Verfolgung der Feuchteverteilung und Feuchteumlagerung im miniaturisierten Prüfkörper mittels unterschiedlicher zerstörungsfreier Prüftechnik. Im Rahmen der Brandversuche an kleinformatigen Bauteilen wurde sowohl die Abplatzneigung der verwendeten Betonrezeptur als auch die Wirksamkeit einer Polypropylenfaserzugabe zur Vermeidung derartiger Abplatzungen nachgewiesen. Neben der visuellen Begutachtung der Prüfkörperoberflächen vor und nach der Brandbeanspruchung erfolgte ein Zustands- und Schadensmonitoring während der Brandversuche mit verschiedenartigen, zerstörungsfreien Prüftechniken sowie die Analyse der äußeren und inneren Gefügeveränderungen nach dem Brand. Feuchtetransport- und Feuchteumlagerungsprozesse konnten während der Brandversuche nur anhand des über Risse aus den Prüfkörpern austretenden Porenwassers vermutet werden. Aufschluss über den Feuchtezustand im Prüfkörper nach dem Brandversuch lieferten die begleitend durchgeführten Radarmessungen. Mithilfe dieser konnte ein zusätzlicher Reflektor im Prüfkörper horizontal zur brandbeanspruchten Oberfläche erfasst werden, der auf einen Permittivitätssprung infolge der Ausbildung einer Trocknungs- und Dehydratationsfront im Prüfkörper zurückgeführt wird. Zur Verifizierung der Ergebnisse der Radarmessungen wurde zusätzlich an einem aus den Brandprüfkörpern gewonnenen Segment die Permittivitätsverteilung über die Prüfkörpertiefe mittels eines Feuchtigkeitsmessgeräts bestimmt. Die Messungen bestätigten den vermuteten Permittivitätssprung, der mit der Ausbildung einer Trocknung- und Dehydratationsfront einhergeht. Im Rahmen der Analyse des thermisch induzierten Feuchtetransports an miniaturisierten Prüfkörpern mittels verschiedenartiger zerstörungsfreier Prüftechnik wurden die Feuchtetransportvorgänge und Feuchteumlagerungsprozesse mittels Röntgen-Computer Tomographie und Neutronen-Computer Tomographie simultan zur einseitigen Erwärmung sowie mittels 1H-Nuclear Magnetic Resonance (1H-NMR) vor und nach der Erwärmung verfolgt. Grundlage für die durchgeführten Untersuchungen bildet der entwickelte miniaturisierte Prüfkörper mit zweischaliger Umhüllung. Die Kombination aus Glaskeramik- bzw. Invarumhüllung und einer Dämmschale aus Hochtemperaturaluminiumsilikatwolle ermöglicht die Abbildung eines einseitig erwärmten, flächigen Bauteils in miniaturisierter Form unter Einhaltung der thermischen, hygrischen und mechanischen Randbedingungen. Aus den Ergebnissen der simultan zur Erwärmung durchgeführten tomografischen Untersuchungen können folgende Rückschlüsse auf die Feuchteverteilung und den thermisch induzierten Feuchtetransport gezogen werden: - Ausbildung einer Trocknungs- und Dehydratationszone ausgehend von der erwärmten Betonseite - Die erfasste Trocknungs- und Dehydratationsfront ist durch einen starken Feuchtegradient im Beton gekennzeichnet. - Eine Feuchteakkumulation tritt unmittelbar vor der Trocknungs- und Dehydratationsfront auf und geht mit einer teilweisen Vollsättigung der sichtbaren Makroporen des Betons einher. - Eine Polypropylenfaserzugabe führt zu einer schnelleren und tieferen Entwicklung der Trocknungs- und Dehydratationszone. - Die Faserzugabe verringert die Feuchteakkumulation während der Erwärmung, kann sie jedoch nicht verhindern. Auf Basis der tomografischen Untersuchungen konnten die örtlich und zeitlich aufgelösten Feuchtedifferenzen erstmals quantitativ abgeschätzt werden. Die begleitend zur Erwärmung durchgeführten 1H-NMR Messungen erlauben die vergleichende Betrachtung der Feuchteverteilung im miniaturisierten Prüfkörper vor und nach der Erwärmung im abgekühlten Zustand. Neben der tiefenaufgelösten Ermittlung des erfassbaren Feuchtegehalts wurde zusätzlich die Feuchteverteilung anhand der transversalen Relaxationszeit (T2-Zeit) porengrößenabhängig analysiert. Dabei wurde erstmals gezeigt, dass es neben der Ausbildung einer Trocknungs- und Dehydratationszone zu einer Feuchteakkumulation und einer Feuchteumlagerung von den Mikroporen zu den Mesoporen in tieferen Prüfkörperbereichen kommt. Diese Umlagerungsprozesse umfassen den Gelporen- und Interhydratporenbereich. Es wird vermutet, dass diese Umlagerungsprozesse im Zusammenhang mit der thermisch bedingten Änderung der Mikrostruktur stehen. Sowohl der erfassbare Gesamtfeuchtegehalt als auch die T2-Zeit abhängigen Feuchtegehalte wurden mittels Referenzproben quantifiziert. Im Rahmen der ergänzenden Baustoffuntersuchungen wurde die temperaturabhängige Feuchtetransport- und Feuchtespeicherkapazität sowie das temperaturabhängige Dehydratationsverhalten des verwendeten Betons charakterisiert. Die Permeabilitätsmessungen an verschiedenartig temperierten Betonzylindern verdeutlichen die Zunahme der Gaspermeabilität mit zunehmender Konditionierungstemperatur. Signifikant zeichnet sich dabei die sprunghafte Erhöhung der Permeabilität der Faserbetone beim Erreichen der Faserschmelztemperatur ab. Dies erklärt die zerstörungsfrei ermittelte, beschleunigte Feuchteabgabe der Faserbetone während der einseitigen Erwärmung. Neben der Permeabilität nimmt mit zunehmender Temperaturbeanspruchung ebenfalls die Gesamtporosität der Betone zu. Die Änderung der Porosität geht dabei mit einer Abnahme der Gelporen im Größenbereich von Ø 4-10 nm und einer Zunahme und Vergröberung der Poren im Kapillarporenbereich (Ø 10-400 nm) einher. Diese Porenstrukturänderungen sind auf die einsetzende Dehydratisierung und Zersetzung der Zementsteinphasen zurückzuführen. Zur Charakterisierung des Trocknungs-, Dehydratations- und Zersetzungsverhaltens des untersuchten Betons wurden thermogravimetrische Untersuchungen an zermahlenen Betonproben durchgeführt. Dabei zeichneten sich drei Temperaturbereiche mit erhöhtem Masseverlust ab. Diese können der Abgabe des physikalisch gebundenen Wassers und der ersten Dehydratation der C-S-H Phasen, der Zersetzung des Portlandits sowie der Entsäuerung des vorhandenen Calciumcarbonats zugeordnet werden. Die Interaktion zwischen dem temperaturabhängigen Trocknungs- und Dehydratationsverhalten und der Permeabilität des Betongefüges spielt für die Feuchtefreisetzung und die Feuchteabgabe eine zentrale Rolle. Aus diesem Grund wurden zusätzlich Erwärmungsversuche an Betonzylindern durchgeführt und der Masseverlust der Prüfkörper kontinuierlich gemessen. Die Faserbetone wiesen dabei ab dem Erreichen der Faserschmelztemperatur einen verstärkten Masseverlust auf. Dieser wird auf die verstärke Feuchteabgabe infolge der Permeabilitätserhöhung zurückgeführt. Die durchgeführten Untersuchungen zeigen, dass für die Analyse des thermohydraulischen Schädigungsmechanismus sowohl der Feuchtetransport, die Feuchteumlagerung als auch die temperaturabhängige Feuchtefreisetzung eine entscheidende Rolle spielen.Item Open Access Modeling of porous polymer membrane formation(2017) Hopp-Hirschler, Manuel; Nieken, Ulrich (Prof. Dr.-Ing.)Porous polymer membranes are used in several separation processes, e.g. in dialysis or in water purification. The morphology of the membrane affects the quality of separation, e.g. selectivity, as well as the mechanical stability of the membrane. To control the morphology of the membrane during the preparation process we first need to understand the mechanism that leads to different pore structures. It is desirable to use a numerical model to predict the pore type and detailed structure. Wet-casting is a very common preparation process for porous polymer membranes where a liquid precipitation agent is used. Herein, a polymer solution and a coagulation bath is brought into contact. After contact the polymer solution is driven into a miscibility gap and starts to phase separate into a polymer lean and a polymer rich phase. Starting from the contact area between polymer solution and coagulation bath a pore structure grows where the polymer rich phase leads to the pore matrix. Although the process is used frequently in the last decades, its mechanism is still not fully understood. Therefore, the motivation in this thesis is to bridge experimental observations from membrane science to theoretical physics where concepts exist to understand the formation of pore structures in porous polymer membranes.Item Open Access Entwicklung eines Brenners mit Luft- und Brennstoffstufung zur emissionsarmen Biomasseverbrennung in Kleinfeuerungsanlagen(2018) Barth, Fritz; Baumbach, Günter (apl. Prof. Dr.-Ing. habil.)Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde ein neuartiges feuerungstechnisches Konzept zur emissionsarmen Verbrennung von festen Biomassebrennstoffen entwickelt und erprobt. Das feuerungstechnische Konzept grenzt sich gegenüber dem Stand der Wissenschaft und Technik in den folgenden Punkten ab: 1. Kombination von Luft- und Brennstoffstufung durch die räumliche Trennung der Entgasung, der vollständigen Verbrennung des Gas-Luftgemisches und des Abbrands des Entgasungsrückstandes (Primärkoks), 2. Gewinnung eines Reduktionsgases aus der Umsetzung des Primärkokses und Einsatz dieses Reduktionsgases als Stufenbrennstoff (kein Einsatz eines separaten Sekundärbrennstoffs notwendig) sowie 3. Anwendung des Blaubrennerkonzepts auf ein mit Biomasse befeuertes Brennersystem, d.h. Umstellung von Diffusions- auf Vormischflamme. Zur Evaluierung des entwickelten Feuerungskonzepts wurde ein Brennersystem gebaut und untersucht. Gemäß diesem Konzept wird die Verbrennungsluft dreifach gestuft im Bereich der Entgasung, des Primärkoksabbrandes sowie der Verbrennung des Gasgemisches zugeführt. Als Brennstoffe wurden Pellets aus Stroh- und Getreidereststoffen sowie aus Holz eingesetzt. Für die NOx-Konzentration zeigte sich eine starke Abhängigkeit sowohl von der Gesamtluftzahl als auch von den Teilluftzahlen. Die besten Ergebnisse wurden bei sehr geringem Luftüberschuss erzielt. Die NOx-Konzentration konnte bei Senkung der Gesamtluftzahl von 1,6 auf 1,1 um über 40 % reduziert werden. Bis zu einer Gesamtluftzahl von 1,2 wurden stabil niedrige CO-Emissionen von ca. 40 mg/m³ i.N. (13 Vol.-% O2) ermittelt. Die Partikelkonzentration konnte - verglichen mit den Ergebnissen aus Messungen, die bei anderen Feuerungsanlagen unter Verwendung ähnlicher Brennstoffe durchgeführt wurden - um 50 % reduziert werden. Durch Zugabe des Reduktionsgases kann ebenfalls eine Senkung der NOx-Konzentration erzielt werden. Bei Vorliegen optimaler Bedingungen (Temperatur > 700 °C im Reduktionsbereich, geringer Oxidationsgrad des Primärkokses) konnte die NOx-Konzentration um über 40 % verringert werden. Die Reduktionswirkung des Reduktionsgases war brennstoffübergreifend nachweisbar. Die Möglichkeit der Anwendung des Blaubrennerkonzepts auf den Versuchsbrenner konnte grundsätzlich bestätigt werden. Die Hauptschwierigkeit in der Umsetzung des Vormischflammenbetriebs lag in der hohen Strömungsgeschwindigkeit des Pyrolysegas-Luftgemisches in der Mischzone. Zu Beginn der Versuche kam es häufig zum Abreißen der Flamme. Die Häufigkeit der Flammenabrisse konnte nach Einführung eines Flammenhalters reduziert werden, jedoch zeigte sich das Brennersystem im Betrieb mit Vormischflamme weiter sehr instabil bei der Änderung von Betriebsrahmenbedingungen (z.B. Abzug des Primärkokses, Druckschwankungen). Ein langfristig stabiler Betrieb mit Vormischflamme erfordert die Entwicklung einer speziell angepassten Regelung für den Betrieb mit Vormischflamme und die Installation einer Zündeinrichtung für den Fall des Abreißens der Flamme.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 Improved micro-oil droplet coalescence for oil-water separation by spider silk-like structures(2023) Aliabadi, Maryam; Gresser, Götz Theodor (Prof. Dr.-Ing.)Item Open Access Charakterisierung umweltneutraler, natürlicher eisenhaltiger Sauerstoffträger für Chemical-Looping-Combustion (CLC)-Kraftwerke(2018) Schopf, Alexander; Massonne, Hans-Joachim (Prof. Dr.)Chemical Looping Combustion (CLC) ist eine großtechnische Verbrennungstechnologie zur Stromerzeugung mittels Wirbelschichtreaktoren unter Verwendung von Feststoffen anstelle von Luft als Sauerstoffträger. CLC zählt zu den CO2-Sequestrierungsverfahren für Carbon Dioxide Capture and Storage (CCS). Das Rauchgas besteht hauptsächlich aus Wasserdampf und Kohlenstoffdioxid, die Produktion von Stickoxiden wird prozessbedingt vermieden, der Wirkungsgradverlust liegt bei theoretisch 2 bis 3 %. Das bislang als Sauerstoffträger für CLC verwendete Mineral Ilmenit ist im Vergleich mit anderen Erzen relativ selten. Synthetisch hergestellte Sauerstoffträger sind dagegen teurer und daher unwirtschaftlich. Ziel der Arbeit war die Identifikation umweltneutraler natürlicher Sauerstoffträger für CLC-Kraftwerke die sowohl gut verfügbar sind als auch wirtschaftliche Alternativen darstellen. Für die Untersuchungen wurden die Gütekriterien der Effektivität für CLC und Kraftwerkseignung zu Grunde gelegt: gute Abriebfestigkeit, hohe Reaktivität mit Brenngasen bei 900 °C, insbesondere Methan, hohe Sauerstofftransportkapazität mit ca. 10 % Masseverlust bei der Reduktion, hohe Reaktivität mit Luftsauerstoff bei der Oxidation und eine Temperaturstabilität von mindestens 1000 °C unter oxidierenden Bedingungen. Weiteres Forschungsziel war die Aufklärung der ablaufenden Prozesse der Reduktions- bzw. Oxidations-Reaktionen bei den einzelnen Sauerstoffträgern unter simulierten Kraftwerksbedingungen. Mit der Entwicklung eines systematischen, für alle Sauerstoffträger anwendbaren, Untersuchungsgangs wurde eine fundamentale Methode zur Visualisierung der inhärenten chemischen Reaktionen bei wiederholender sukzessiver Reduktion und Oxidation geschaffen. Die experimentelle Versuchsabfolge gliederte sich in vier Teile: Vorbereitung und mineralogische Untersuchung zur Beschreibung des Ausgangsmaterials, Vorstudie zur Überprüfung der Temperaturstabilität von 1000 °C in der Thermowaage (TGA), Hauptstudie mit Simulation von CLC in der TGA und eine Vergleichsstudie unter Kraftwerksbedingungen im Versuchskraftwerk des Instituts für Feuerungs- und Kraftwerkstechnik der Universität Stuttgart zur Korrelation der Ergebnisse der Hauptstudie. Unter ihrer Anwendung wurden die hier einbezogenen Proben charakterisiert, wobei sich sieben von 12 Proben der Hauptstudie (aufgrund der formulierten Anforderungskriterien) als Sauerstoffträger besonders geeignet erwiesen: Magnetiterz, Maphopha (RSA), Magnetiterz, Thạch Khê (SGA), Roter Glaskopf, Toulkine (IMI), MIOX ME400, Waldenstein (KMI), Hämatiterz, Norwegen (DH), Bändereisenerz, Bogalatladi (RSA) und Ilmeniterz, Capel (IFK). Bei sehr lang gewählten Reduktionszeiten mit Brenngas entstanden zudem Varietäten des Kohlenstoffs, wie bspw. amorpher Kohlenstoff, Graphit und Graphen, als Abscheidung aus der Gasphase auf den Sauerstoffträgeroberflächen. Dies gibt Anlass zu weiteren Forschungen.Item Open Access Hybrid model for proactive dispatching of railway operation under the consideration of random disturbances in dynamic circumstances(2017) Zhao, Weiting; Martin, Ullrich (Prof. Dr.-Ing.)With the increasing traffic demand and limited infrastructure expansion, railway networks are often operated close to the full capacity, especially in heavily used areas. As a result, the basic timetable is quite susceptible to the operational disturbances, and thereby the propagation and accumulation of delays significantly degrade the service level for customers. To solve this problem, extensive researches have been conducted by focusing on the predefined robust timetables and the real time dispatching algorithm development. However, it has been widely recognized that excessive robust timetables may deteriorate the operating capacity of the railway network and the addition of recovery time and buffer time can be hardly implemented in the congested area. Moreover, most of the conventional dispatching algorithms ignore the further potential random disturbances during the dispatching process, which yield non-implementable dispatching solutions and, as consequences, inferior punctuality and repetitive dispatching actions. To this end, this project aims to develop a new algorithm for real-world dispatching process with the consideration of risk-oriented random disturbances in dynamic circumstances. In the procedure of this project, an operational risk map will be firstly produced: by simulating considerable amount of disturbed timetables with random disturbances generated in a Monte-Carlo scheme and calculating the corresponding expected negative impacts (average total weighted waiting time among all the disturbances scenarios), different levels of operational risk will be assigned to each block section in the studied railway network. Within a rolling time horizon framework, conflicts are detected with the inclusion of risk-oriented random disturbances in each block section, and the near-optimal dispatching solutions are calculated by using Tabu search algorithm. Finally, three indicators including total weighted waiting time, the number of relative reordering and average absolute retiming, are chosen to testify the effectiveness and advantages of the proposed dispatching algorithm. The sensitivity analysis of dispatching-related parameters is conducted afterwards to investigate the most appropriate relevant parameters for the specific studied area. The proposed algorithms are expected to be capable of automatically producing near-optimal and robust dispatching solutions with sufficient punctuality achieved.Item Open Access Umgelenkte Lamellen aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff als freistehende Spannglieder im Konstruktiven Ingenieurbau(2013) Hwash, Mohamed; Knippers, Jan (Prof. Dr.- Ing.)Vor ca. 60 Jahren begann die Entwicklung der Faserverbundwerkstoffe (FVK). Bereits Anfang der fünfziger Jahre wurden die ersten Karosserieteile für die Corvette aus FVK produziert. Das erste Segelflugzeug wurde aus glasfaserverstärktem Kunststoff an der Universität Stuttgart gebaut. Zwischen 1956 und 1970 wurden ca. 70 unterschiedliche Kunststoffhaustypen entwickelt. Einige der einzigartigen Kunststoffhäuser, wie das Monsantohaus, Futuro, Rondo etc., stehen immer noch als Beweise für diese Zeit (Abb. 1-1, Abb. 1-2). Trotz der enormen Resonanz in der Öffentlichkeit verschwanden diese Häuser in den 70ern wieder. Zum Einen lag das an den baukonstruktiven und bauphysikalischen Problemen und zum Anderen an dem Fehlen einer angemessenen architektonischen Umsetzung [1]. Heute sollen Faserverbundwerkstoffe (FVK) gezielt auf Anwendungen beschränkt werden, in denen sie Vorteile gegenüber herkömmlichen Baustoffen einbringen können. Ihre hervorragenden Werkstoffeigenschaften, die einen erfolgreichen Einsatz im konstruktiven Ingenieurbau versprechen, stehen dem Nachteil der noch recht hohen Kosten dieser Werkstoffe gegenüber. Heute kommt neben der Glasfaser (GFK) die Kohlenstofffaser (CFK) im Bauwesen zum Einsatz. Sie hat in der Luft- und Raumfahrtechnik durch ihre geringe Rohdichte und hohe Zugfestigkeit schon lange interessante Verwendungen gefunden. Auch die Fahrzeugtechnik setzt zunehmend auf die Materialeigenschaften der kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffe. Beispielweise besteht die Karosserie eines Mercedes SLR fast komplett aus CFK (Abb. 1-3). In der Bautechnik wurden seit Jahrzehnten alternative Zugelemente mit hoher Korrosionsbeständigkeit gesucht, um Spann- und Bewehrungsstahl zu ersetzen. Hier zeichnet sich CFK gegenüber Spannstahl durch hohe Zugfestigkeit in Faserrichtung, geringes Gewicht, hervorragende Korrosionsbeständigkeit, sowie durch überlegenes Ermüdungs- und Relaxionsverhalten aus. Berücksichtigt man neben den Herstellungskosten auch die Erhaltungskosten, z.B. von Brücken, stellen sie eine wirtschaftlich interessante Variante dar. Vor zwanzig Jahren haben Kohlenstofffaserlamellen ihren Siegeszug im Bauwesen begonnen. Sie haben auf Grund ihrer günstigen Materialeigenschaften und ihrer einfachen Handhabung auf der Baustelle, interessante Anwendungsfelder eröffnet. Sie werden primär zur Sanierung und Verstärkung von Tragkonstruktionen verwendet und stellen hier eine leistungsfähige Alternative zu den bisher üblichen Stahllaschen dar (Abb. 1-4). Nach erfolgreichen Untersuchungen und Gutachten wurden 1995 zum ersten Mal in Magdeburg Loggia-Platten mit Carbo-Dur-Lamellen verstärkt. In Deutschland wurde im Jahr 1997 die erste allgemeine bauaufsichtliche Zulassung für Kohlenstofffaserlamellen erteilt. Nach der Zulassung folgten vielfältige Ertüchtigungen im Hoch- und Brückenbau. Die Lamelle wird i.d.R. mit einem Epoxidharzmörtel schlaff auf die Stahlbetonkonstruktion aufgeklebt. In diesem Fall können etwa 12% ihrer Zugkraft ausgenutzt werden. Aufgrund der immer noch hohen Kosten für CFK-Material bedeutet dies eine spürbare Einschränkung der Wirtschaftlichkeit dieses Verfahrens. Inzwischen konzentrieren sich die Entwicklungen darauf, die Lamelle unter Vorspannung auf die Stahlbetonkonstruktion aufzukleben, um ihre hohe Grenzdehnung und Festigkeit effektiver auszunutzen. Neben den Vorteilen, die diese Werkstoffe besitzen, haben sie aufgrund ihres anisotopen Materialaufbaus jedoch auch einige nachteilige Eigenschaften. In erster Linie ist hier die Empfindlichkeit für Beanspruchung durch Querpressung zu nennen. Aufgrund dessen stellt die Konstruktion der Endverankerung bzw. Umlenkung auf einem Sattel die größte Herausforderung bei der Weiterentwicklung dieser Bauweise zum Einsatz vorgespannter Lamellen dar. Da Kohlestofffasern nahezu dauerschwingfest sind und einen erheblich besseren Ermüdungswiderstand aufweisen als alle metallischen Werkstoffe, liegt der Gedanke nahe, CFK-Lamellen nicht nur für die Verstärkung von Betonbauteilen, sondern auch als freies und externes Zugglied zu verwenden, z.B. für extern vorgespannte Stahlbetonbrücken (Hohlkastenbrücken) oder für unterspannte Decken im Hochbau. Für solche Anwendungen kommen grundsätzlich auch CFK-Paralleldrahtbündel in Frage, wie sie in [86-93] schon verwendet wurden. Allerdings ist die Produktion der unidirektional verstärkten Lamellen im Pultrusionsverfahren einfacher. Außerdem reduziert der fl ache Querschnitt die Querpressungen und ermöglicht eine Schichtung mehrerer Lamellen an der Umlenkung. Die geringe Lamellenstärke erlaubt zudem enge Umlenkradien, wie sie zwar weniger bei extern vorgespannten Hohlkastenträgern, aber bei unterspannten Decken im Hochbau erforderlich sind. Um CFK-Lamellen als externe Spannglieder einsetzten zu können, muss die konstruktive Gestaltung der wesentlichen Konstruktionsdetails vorgespannter CFK- Lamellen, nämlich der Endverankerung und der Umlenkung auf einem Sattel, gelöst werden. Für die Endverankerung liegen bereits Ansätze von verschiedenen Forschungseinrichtungen vor. Was derzeit jedoch noch gänzlich fehlt, sind Kenntnisse über das Tragverhalten von umgelenkten CFK-Lamellen. Ziel dieser Arbeit ist es, erste Erkenntnisse über umgelenkte CFK-Lamellen zu gewinnen, um ihre grundsätzliche Eignung als externe Spannglieder zu beurteilen. Hierzu gliedert sich die Arbeit in zwei wesentliche Teile: Teil 1: Statische Versuche an umgelenkten Lamellen: Der erste Teil besteht aus einer Reihe von Zugversuchen an umgelenkten CFK-Lamellen auf der institutseigenen Prüfanlage. Dabei wurde der Einfl uss elementarer Parameter, wie Umlenkradius und Umlenkwinkel, auf die Bruchlast erfasst. Teil 2: Versuche mit relativer Verschiebung zum Umlenksattel: Mit den in Teil 1 gewonnenen Ergebnissen wurden weitere Versuche in Anlehnung an die ETAG 013 (Ausgabe Juni 2002), die europäische ,,Richtline für die Eignungsprüfung von Spannverfahren für externe Vorspannung“ durchgeführt. Dadurch sollte ein ganz wesentlicher Effekt, nämlich die Reibung während des Vorspannvorganges oder unter auftretender Relativverformung einer Lamelle zum Umlenksattel und der Einfl uss dieser Verformung auf die Bruchlast erfasst werden. Auf Grundlage der gewonnen Erfahrungen wurden konstruktive Vorschläge für die Gestaltung von Anwendungsmöglichkeiten erarbeitet und dargestellt.Item Open Access Bayesian inversion and model selection of heterogeneities in geostatistical subsurface modeling(Stuttgart : Eigenverlag des Instituts für Wasser- und Umweltsystemmodellierung der Universität Stuttgart, 2021) Reuschen, Sebastian; Nowak, Wolfgang (Prof. Dr.-Ing.)Item Open Access Untersuchung von verglasten, adaptiven, vorgespannten Seilfassaden unter Windbeanspruchung(2021) Flaig, Christine; Sobek, Werner (Prof. Dr.-Ing. Dr.-Ing. E.h. Dr. h.c.)In dieser Arbeit wird eine Strategie für die Adaption sowie für die Bemessung von adaptiven, vertikal vorgespannten Seilfassaden mit Seilpaaren unter statischer Windbeanspruchung entwickelt. Aufgrund des nichtlinearen Tragverhaltens von Seiltragwerken wird zwischen Seilkraft- und Verformungsmanipulation differenziert. In Anlehnung an verschiedene Sicherheitskonzepte wird ein Adaptionskonzept erarbeitet, welches sich allgemein auf adaptive Seilfassaden anwenden lässt. Bei diesem Konzept werden drei Modi (A, B und C) mit verschiedenen Böenwindgeschwindigkeitsbereichen für das adaptive Fassadensystem definiert. Modus A: das System ist passiv und der Lastabtrag erfolgt ohne Aktivierung der Aktoren; Modus B: das System passt sich aktiv an die vorherrschende Beanspruchungssituation an, um die Verformungen normal zur Glasebene zu reduzieren; Modus C: das System reduziert aktiv die Seilkräfte, um die Tragfähigkeit des Tragwerks bei außergewöhnlichen Beanspruchungen zu gewährleisten. Dieser Modus garantiert, dass das System bei einem Systemausfall oder eventuellen Störfällen in einen sicheren Zustand überführt wird. Für vertikal vorgespannte Seilfassaden mit Seilpaaren werden verschiedene Adaptionsmöglichkeiten an einem geeigneten Ersatzsystem (Simulationsmodell) mittels Finite-Elemente-Methode (FEM) analysiert. Dabei wird der Einfluss von Aktoren untersucht, die parallel und senkrecht zur Seilachse angeordnet sind. Des Weiteren werden mehrere Optimierungsziele definiert und das Zusammenwirken der verschiedenen Aktorpositionen wird mittels Sensitivitätsanalyse bewertet. Auf diesen Ergebnissen aufbauend wird die Adaptionsstrategie für vertikal vorgespannte Seilfassaden mit Seilpaaren hergeleitet. Mit dieser Strategie können für definierte Böenwindgeschwindigkeiten sowohl die Verformungen normal zur Glasebene auf ein Minimum reduziert werden als auch die Seilkräfte bei Extremereignissen so manipuliert werden, dass die Grenzzugkraft nicht überschritten wird. Das Simulationsmodell wird experimentell validiert. Hierfür werden Versuche zur Verformungsadaption bei Winddruck an einem Prototyp eines adaptiven Fassadenmoduls durchgeführt. Im Rahmen einer Fallstudie werden passive (konventionelle) und adaptive, vertikal vorgespannte Seilfassaden mit Seilpaaren gegenübergestellt. Die Bemessung der passiven Fassaden erfolgt gemäß den gültigen Normen. Die Bemessung der adaptiven Fassaden erfolgt in Anlehnung an die gültigen Normen und wird entsprechend der Adaptionsstrategie angepasst. Der betrachtete Standort ist Stuttgart. Auf Grundlage von statistischen Methoden wird die Verteilungsfunktion der Böenwindgeschwindigkeit und der Grenzwert der Böenwindgeschwindigkeit für die einzelnen Modi berechnet. Die Grenzwerte werden zur Bemessung der adaptiven Systeme herangezogen. Die Systeme werden hinsichtlich des Tragverhaltens und der energetischen Aspekte miteinander verglichen. Hierbei werden die Verformungen normal zur Glasebene, die Seilkräfte sowie der Materialeinsatz ausgewertet.