Universität Stuttgart
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Item Open Access Finite element based design of timber structures(2023) Töpler, Janusch; Schweigler, Michael; Lemaître, Romain; Palma, Pedro; Schenk, Martin; Grönquist, Philippe; Tapia Camú, Cristóbal; Hochreiner, Georg; Kuhlmann, UlrikeItem Open Access Lateral torsional buckling of glulam beam-columns : axial compression and bending verification(2024) Töpler, Janusch; Kuhlmann, Ulrike; Schänzlin, JörgItem Open Access Analytical and numerical investigations on imperfection-sensitive timber members subjected to combined bending and axial compression(2021) Töpler, Janusch; Kuhlmann, UlrikeThe verification of slender timber members at risk of lateral torsional buckling is one of the basic verifications in timber design. However, latest investigations have shown that the design formulas provided in Eurocode 5 for imperfection-sensitive members subjected to combined bending and compression tend to be conservative and more advanced verification methods are needed. Analytical and numerical models are presented that allow for the consideration of the geometrically and materially nonlinear behaviour as well as of the size effect of tensile strength ft,0 for Nx-My-Mz interaction. These models and calculation results increase the understanding of the main influencing parameters of the load-bearing capacity of imperfection-sensitive timber beams and columns and may be the basis of a revision of the current design formulas provided in EN 1995-1-1.Item Open Access Ermüdungsverhalten von Stahlkonstruktionen unter multiaxialer Beanspruchung durch Radlasten : ausführlicher Bericht zum Forschungsvorhaben(2016) Kuhlmann, Ulrike; Roos, Eberhard; Herion, Stefan; Euler, Mathias; Rettenmeier, Philipp; Lipp, AndreasIm Hochbau, im Kranbau und in der Fördertechnik treten durch die Bewegung von Gütern und Maschinen wandernde Einzellasten auf, die in der Regel als Radlasten auf die meist aus Stahl hergestellten Tragkonstruktionen einwirken. Die Anschlüsse und Verbindungen dieser Konstruktionen erfahren im Bereich der Radlasteinleitung einen Spannungszustand aus lokalen Druck- und Schubspannungen, die sich mit globalen Spannungen aus Trägerbiegung und Querkraftschub überlagern. Da sich dieser mehrachsige Spannungszustand bei jeder Überrollung einstellt, können Ermüdungsschäden an den Anschlüssen und Verbindungen die Folge sein. Im Gegensatz zu den alten nationalen Bemessungsregeln für Krane und Kranbahnen, die vergleichbare Berechnungs- und Festigkeitsansätze für den Ermüdungsnachweis auf Basis von Nennspannungen enthielten, unterscheiden sich die neuen europäischen Bemessungsregeln für Krane und Kranbahnen. In der Folge werden eine Reihe von Konstruktionsdetails mit Radlasteinleitung bei Kranen im Vergleich zu Kranbahnen bei baugleicher Ausführung günstiger hinsichtlich ihrer Ermüdungsfestigkeit eingestuft. Die Kerbfalleinstufung dieser Konstruktionsdetails wird dabei in allen Bemessungsnormen bislang theoretisch hergeleitet, da entsprechende Ermüdungsversuche fehlen. Der Unterschied zwischen den alten nationalen und neuen europäischen Bemessungsregeln beruht teilweise auf einer abweichenden Berücksichtigung des Einflusses der Eigenspannungen auf die Ermüdungsfestigkeit von geschweißten Verbindungen. Die europäischen Bemessungsregeln unterstellen hohe Eigenspannungen und vernachlässigen daher einen Mittelspannungseinfluss. Der Kerbfallkatalog der Bemessungsnormen ist begrenzt und enthält beispielsweise keine Einstufung für das häufig ausgeführte Konstruktionsdetail der aufgeschweißten Kranschiene mit Radlasteinleitung. Der begrenzte Kerbfallkatalog stellt für die Ermüdungsbewertung von neuartigen Konstruktionen ein Hindernis dar. Es wird ein Überblick über die bekannten Ermüdungsversuche zu den Konstruktionsdetails mit Radlasteinleitung gegeben. Die bekannten Bewertungskonzepte für Schweißverbindungen bei mehrachsiger Ermüdungsbeanspruchung werden vorgestellt. Der Erkenntnisstand zur Entstehung von Eigenspannungen und deren Einfluss auf die Ermüdungsfestigkeit von Schweißverbindungen wird beschrieben. Es wird ein Versuchsprogramm aus Ermüdungsversuchen an Kranbahnträgern mit aufgeschweißter Kranschiene und an einer neuartigen Kranbahnkonstruktion mit Obergurten aus Hohlprofilen unter ortsfest schwellender und überrollender Radlast entwickelt. Die Untersuchung beider Arten von Radlasten berücksichtigt, dass überrollende Radlasten zu einer nichtproportional und ortfest schwellende Radlasten zu einer proportional mehrachsigen Ermüdungsbeanspruchung führen. Die Ermittlung der Ermüdungsfestigkeit der untersuchten Kranbahnträger erfolgt auf Basis von Nenn-, Struktur- und Kerbspannungen. Bei der Bewertung der mehrachsigen Ermüdungsbeanspruchung werden sowohl die klassischen Schwingfestigkeitshypothesen als auch neuere Bewertungsansätze wie die Hypothesen der kritischen Schnittebene und der integralen Anstrengung angewendet. Durch eine Schweißsimulation, die durch fertigungsbegleitende Temperaturmessungen kalibriert wird, werden für die Kranbahnträger mit aufgeschweißter Kranschiene Anhaltswerte für die Höhe der Schweißeigenspannungen als Eingangsgröße für die Ermüdungsbewertung hergeleitet.Item Open Access In-plane buckling of beech LVL columns(2022) Töpler, Janusch; Kuhlmann, UlrikeItem Open Access FE-gestützte Bemessung im Holzbau(2020) Töpler, Janusch; Kuhlmann, UlrikeIm Rahmen des Forschungsprojekts RP7 im Exzellenzcluster Integrative Computational Design in Architecture and Construction (IntCDC) an der Universität Stuttgart werden zurzeit Regelungen für die FE-gestützte Bemessung von Holzbauteilen entwickelt. In diesem Beitrag werden der aktuelle Stand des Forschungsvorhabens und die noch geplanten Untersuchungen vorgestellt. Schwerpunkte des Vorhabens sind die Verifizierung und Validierung von FE-Modellen, die bautechnische Nachweisführung anhand solcher Modelle und die Materialmodellierung im Holzbau.Item Open Access Imperfections of slender glulam beams(2021) Kuhlmann, Ulrike; Töpler, JanuschItem Open Access Influence of the geometric properties, the timber-concrete interface, and the load protocol on the mechanical properties of timber-concrete composite connections(2024) Mönch, Simon; Campos, Joana A. A.; Dias, Alfredo M. P. G.; Kuhlmann, UlrikeTimber-concrete composite (TCC) structural systems are characterized by the combination of timber and concrete, which are connected to transmit shear forces between the two elements. In addition, to achieve an efficient connection, the slip between the two materials should be limited. Therefore, the load-carrying capacity, the stiffness, and the failure mode of TCC connections are important for the behavior of the composite element. This work aims to investigate the influence of test conditions on TCC connections using shear tests to determine the mechanical properties of connections. Therefore, it is essential to understand the influence of the configuration of the specimens (symmetric as push-out tests or asymmetric as inclined tests), the type of interface between the timber and concrete, and the test procedure (static or cyclic load protocol) on the resulting load-carrying capacity, stiffness, and failure modes. This paper reviews experimental tests conducted on TCC shear connection specimens, using various configurations to assess the influence of the test specimen configuration, material interface, and testing protocol on the determination of the mechanical properties.Item Open Access New approach for the design shear resistance of headed studs in profiled steel sheeting with ribs transverse to supporting beam(2020) Konrad, Matthias; Eggert, Florian; Kuhlmann, Ulrike; Schorr, JohannesThis article presents new equations for the design shear resistance of headed studs in solid concrete slabs and new reduction factors that consider the influence of profiled steel sheeting with ribs transverse to the supporting beam. Comparisons with push‐out test results show that the current reduction factor kt in Eurocode 4 does not take sufficiently into account parameters such as geometry or position of the headed stud in the rib. Therefore, the mean shear test results are overestimated by the current equations. When introducing the new approach for the design resistance of headed studs, the main focus is on the description of the basic procedure for the development of the new approach and on the comparison with values in the existing code. Comparisons with push‐out test results from a recent European project have shown the good quality of the new approach.Item Open Access Lateral torsional buckling of glulam beams(2023) Töpler, Janusch; Kuhlmann, Ulrike