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A comparative performance analysis of the CFD platforms OpenFOAM and FLOW-3D is presented, focusing on a 3D swirling turbulent flow: a steady hydraulic jump at low Reynolds number. Turbulence is treated using RANS approach RNG k-ε. A Volume Of Fluid (VOF) method is used to track the air–water interface, consequently aeration is modeled using an Eulerian–Eulerian approach. Structured meshes of cubic elements are used to discretize the channel geometry. The numerical model accuracy is assessed comparing representative hydraulic jump variables (sequent depth ratio, roller length, mean velocity profiles, velocity decay or free surface profile) to experimental data. The model results are also compared to previous studies to broaden the result validation. Both codes reproduced the phenomenon under study concurring with experimental data, although special care must be taken when swirling flows occur. Both models can be used to reproduce the hydraulic performance of energy dissipation structures at low Reynolds numbers.
Self-aeration is traditionally explained by the water turbulent boundary layer outer edge intersection with the free surface. This paper presents a discussion on the commonly accepted hypothesis behind the computation of the critical point of self-aeration in spillway flows and a new formulation is proposed based on the existence of a developing air flow over the free surface. Upstream of the inception point of self-aeration, some surface roughening has been often reported in previous studies which consequently implies some entrapped air transport and air–water flows coupling. Such air flow is proven in this study by presenting measured air velocities and computing the air boundary layer thickness for a 1V:2H smooth chute flow. Additionally, the growth rate of free surface waves has been analysed by means of Ultrasonic Sensors measurements, obtaining also the entrapped air concentration. High-speed camera imaging has been used for qualitative study of the flow perturbations.
Application of the optical flow method to velocity determination in hydraulic structure models
(2016)
Schalung und Gerüste
(2016)
Systemschalungen und Systemgerüste haben den Baustellenbetrieb in vielen Bereichen sehr vereinfacht. Dennoch sind Kenntnisse in diesen Feldern für eine erfolgreiche und effektive Bauleitung unverzichtbar. In diesem Kapitel werden Hinweise und Empfehlungen für die Bemessung und Einsatz von Schalungen, Trag- und Arbeitsgerüsten für den Baustellenbetrieb gegeben.
Kosten- und Verfahrensvergleiche können dabei zur Ermittlung des für die Aufgabe geeignetsten Bauverfahren führen. Für die sich daran anschließende Ablaufplanung werden die verschiedenen graphischen sowie rechnerischen Instrumente (Terminliste und Taktplan, Balkenplan, Weg-Zeit-Diagramm und Netzplan) erläutert und anhand von Beispielen vertieft. Schließlich wird ein im Rahmen der Arbeits- und Nachkalkulation vorzunehmender Soll-Ist-Vergleich mit Hilfe des Bauarbeitsschlüssels (BAS) zur Überprüfung der Aufwands- und Leistungswerte dargestellt.
Boden, Baugrube, Verbau
(2016)
Die Lösung den Baugrund betreffender Fragestellungen beginnen i. d. R. mit der Durchführung von Baugrunderkundungen, um alle notwendigen Parameter zu erhalten, die für die Planung und Durchführung von Bauvorhaben notwendig sind. Im Folgenden werden die wichtigsten Erkundungen in Abhängigkeit der erforderlichen Güteklasse der Proben beschrieben und vorgestellt.
Neben dem durch Unfälle und Krankheiten entstehenden menschlichen Leids und der daraus resultierenden moralischen Verpflichtung, sich und seine Mitmenschen vor Schaden zu bewahren, ist der Arbeits- und Gesundheitsschutz auch ein Gebot wirtschaftlichen Handelns, da Arbeitsunfälle und Berufskrankheiten Ausfallzeiten und Kosten verursachen. So gehören Arbeits- und Gesundheitsschutz zu den wichtigen Aufgaben eines Unternehmens.
Vermessung
(2016)
Bauwirtschaft und Baurecht
(2016)
Die Leistungen der Bauwirtschaft und deren wirtschaftliche Bedeutung in Deutschland werden anhand einer Vielzahl statistischer Daten verdeutlicht. Die im Vergleich zu anderen Wirtschaftsbereichen auftretenden branchenspezifischen Besonderheiten der Bauwirtschaft werden anhand von verschiedenen Kriterien herausgearbeitet. Das Zusammenspiel der einzelnen Akteure des Sektors und die dabei sich ergebenden bzw. zu beachtenden Rechts- und Vertragsgrundlagen werden dargestellt. Aufgrund der meist erheblichen Höhe des eingesetzten Kapitals aufseiten der Auftraggeber, aber auch seitens der Bauunternehmen während der Bauausführung sowie der besonderen Verantwortung der Beratenden Ingenieure werden auch notwendige Formen der Risikoabsicherungen und der in der Branche üblichen und teilweise vorgeschriebenen Versicherungsmöglichkeiten angesprochen. Intensive Beachtung finden auch die Auswirkungen des Öffentlichen Baurechts (Baugesetzbuch, Bauordnung NRW, Baunutzungsverordnung) auf Planung, Bau und Betrieb baulicher Anlagen und der dabei verwendeten Bauprodukte.
Baukosten und Finanzierung
(2016)
Das Gesetz gegen Wettbewerbsbeschränkungen bildet die Grundlage für die Verordnung über die Vergabe öffentlicher Aufträge, aus der sich die Vergabe- und Vertragsordnungen für Freiberufliche Leistungen (VOF), für Lieferungen und Leistungen (VOL) und für Bauleistungen (VOB) ableiten. Die dabei in Frage kommenden Vergabeverfahren und die einzelnen Schwellenwerte gemäß EU-Recht werden detailliert aufbereitet und im Zusammenhang dargestellt.
Die für die Ausgestaltung von Bauverträgen notwendigen Grundlagen des Werkvertragsrecht nach BGB sowie die branchenspezifischen Allgemeinen Geschäftsbedingungen in Form der Vertragsordnung für Bauleistungen (VOB) mit ihren Zusätzlichen und Besonderen Vertragsbedingungen werden intensiv aufbereitet. Das Zustandekommen eines Bauvertrages ergibt sich dann aus der notwendigen Leistungsbeschreibung mit einem Leistungsverzeichnis und verschiedenen Positionen oder in Form einer Funktionalen Leistungsbeschreibung (Beschreibung mit Leistungsprogramm).
Das Auslandsgeschäft der Baubranche (Bauausführende Unternehmen sowie Beratende Ingenieure und Consultants) wird von den jeweils vorliegenden Internationalen Wettbewerbsbedingungen bestimmt, deren Zusammenhänge anhand umfangreicher statistischer Daten und anhand von Beispielen dargestellt werden.
Zur Anwendung des Eurocode 3 Teil 1-2 für die Heißbemessung und Anregungen für dessen Novellierung
(2016)
Die Eurocodes werden bis zum Jahr 2020 im Europäischen Komitee für Normung (CEN), Technisches Komitee TC 250, überarbeitet. In Vorbereitung auf die Eurocode-Novellierung haben engagierte Ingenieure im Rahmen der Initiative PraxisRegeln Bau (PRB) die für die praktische Anwendung häufig genutzten Teile des Eurocode 3 untersucht. Mit dem Ziel, die Praxistauglichkeit des Eurocode 3 für die Heißbemessung zu verbessern, wurden die bestehende Norm EN 1993 Teil 1-2 insbesondere in Bezug auf die Anwenderfreundlichkeit analysiert und Vorschläge für die europäische Novellierung erarbeitet. Die Analysen zeigen, dass durch Umstrukturierungen und durch die Einführung von Tabellen die Verständlichkeit und Anwenderfreundlichkeit der Regeln für die Heißbemessung bedeutend erhöht werden können.
Mit steigenden Dämmstandards und höheren Komfortanforderungen der Nutzer gerät die Problematik der sommerlichen Überhitzung zunehmend in den Fokus. Um die Überhitzung möglichst gering zu halten, sind Maßnahmen und Lösungen zu entwickeln, die den potenziellen Kühlbedarf eines Gebäudes vermeiden sowie reduzieren. Im Rahmen des europäischen Forschungsprojektes BATIMASS wurden Techniken untersucht, die die sommerliche Raumtemperatur ohne zusätzliche Kühlung (passiv) oder aber mit energieeffizienter wasserbasierter Flächenkühlung (aktiv) reduzieren und die besonders für Gebäude in Stahl(leicht)bauweise geeignet sind. Dafür wurde die Methodik der thermisch äquivalenten Decke weiterentwickelt, um das thermische Verhalten von Profilblechdecken in Gebäuden für beide Lösungsansätze analysieren zu können. Darüber hinaus wurde der Einsatz von Phasenwechselmaterial (PCM) zur Steigerung der Speicherfähigkeit von leichten Decken mit besonders geringer thermischer Masse in Simulationen sowie im Labor untersucht und bewertet.
The main objective of the BATIMASS project was to address how the energy balance in relatively lightweight steel buildings can be improved by building in ‘active thermal mass’ (ATM) into the building fabric. This was achieved through concept design, dynamic thermal modelling and testing of a number of potentially viable systems and concepts. A significant programme of thermal simulation modelling was undertaken utilising the thermally equivalent slab (TES) concept to model the passive thermal capacity effect of profiled, composite metal floor decks. It is apparent from the modelling results that thermal mass is a highly complex phenomenon which is highly dependent upon building type, occupancy patterns, climate and many other aspects of the building design and servicing strategy. The ATM systems developed, both conceptually and for prototype testing, focussed on water-cooled composite slabs, the Cofradal floor system and the phase change material (PCM) Energain. In addition to laboratory testing of prototypes, whole building monitoring was undertaken at the Kubik building in Spain and the RWTH test building in Germany. Advanced thermal modelling was also undertaken to estimate the likely benefits of the ATM concept designs developed and for comparison with the test results. In addition to thermal testing, structural tests were conducted on composite floor specimens incorporating embedded water pipes. This Final Report presents the results of the activities carried out under this RFCS contract RFSR CT 2012 00033. The work carried out is reported in six major sections corresponding to the technical Work Packages of the project. Only summaries of the work carried out are provided in this report; all work undertaken is fully reported in the formal project deliverables.
Das Forschungsvorhaben Optiox beschäftigt sich mit der Optimierung eines Belüftungsbeckens zur Rauchgasentschwefelung fossil befeuerter Kraftwerke mittels Seewasser. Unter Neutralisierung der entstehenden Hydroniumionen (H3O+) durch die natürliche Alkalität des Seewassers dissoziiert Schwefeldioxid aus dem Rauchgase im vorgeschalteten Absorber beim Phasenübergang von der Gas- in die Flüssigphase zu Sulfiten. Im Belüftungsbecken werden diese Sulfite mittels eingeblasener Luft zu Sulfaten oxidiert, was zu einer geringen Erhöhung der Sulfatfracht vor Einleitung ins Meer führt, die unterhalb der natürlichen Schwankungen liegt. Daneben dient das Belüftungsbecken der Konditionierung des Seewassers hinsichtlich pH-Wert und Sauerstoffgehalt und ist mit hoch effizienten Belüftern ausgestattet, deren Spezifikation den jeweiligen Randbedingungen, wie Abscheideleistung des Absorbers, Beckengeometrie sowie lokalen Gegebenheiten angepasst wird.
Optical flow estimation is known from Computer Vision where it is used to determine obstacle movements through a sequence of images following an assumption of brightness conservation. This paper presents the first study on application of the optical flow method to aerated stepped spillway flows. For this purpose, the flow is captured with a high-speed camera and illuminated with a synchronized LED light source. The flow velocities, obtained using a basic Horn–Schunck method for estimation of the optical flow coupled with an image pyramid multi-resolution approach for image filtering, compare well with data from intrusive conductivity probe measurements. Application of the Horn–Schunck method yields densely populated flow field data sets with velocity information for every pixel. It is found that the image pyramid approach has the most significant effect on the accuracy compared to other image processing techniques. However, the final results show some dependency on the pixel intensity distribution, with better accuracy found for grey values between 100 and 150.
Turbulent dispersion in bounded horizontal jets : RANS capabilities and physical modeling comparison
(2016)
Air-water flows can be found in different engineering applications: from nuclear engineering to huge hydraulic structures. In this paper, a single tip fibre optical probe has been used to record high frequency (over 1 MHz) phase functions at different locations of a stepped spillway. These phase functions have been related to the interfacial velocities by means of Artificial Neural Networks (ANN) and the measurements of a classical double tip conductivity probe. Special attention has been put to the input selection and the ANN dimensions. Finally, ANN have shown to be able to link the signal rising times and plateau shapes to the air-water interfacial velocity.
Sensitivity of turbulent Schmidt number and turbulence model to simulations of jets in crossflow
(2016)
Environmental discharges have been traditionally designed by means of cost-intensive and time-consuming experimental studies. Some extensively validated models based on an integral approach have been often employed for water quality problems, as recommended by USEPA (i.e.: CORMIX). In this study, FLOW-3D is employed for a full 3D RANS modelling of two turbulent jet-to-crossflow cases, including free surface jet impingement. Results are compared to both physical modelling and CORMIX to better assess model performance. Turbulence measurements have been collected for a better understanding of turbulent diffusion's parameter sensitivity. Although both studied models are generally able to reproduce jet trajectory, jet separation downstream of the impingement has been reproduced only by RANS modelling. Additionally, concentrations are better reproduced by FLOW-3D when the proper turbulent Schmidt number is used. This study provides a recommendation on the selection of the turbulence model and the turbulent Schmidt number for future outfall structures design studies.
Betriebsorganisation
(2016)
Das Kapitel behandelt, ausgehend von Begriffen und Aufgaben der Betriebsorganisation, die Aufbau- und Ablauforganisation der Bauunternehmung sowie die Gestaltung einer Projekt-organisation. Es folgt eine Darstellung der Managementsysteme für Qualität, Umwelt und Arbeitsschutz, die sich zunehmend als sog. integrierte Managementsysteme (IMS) auch in Bauunternehmen etablieren. Grundlagen des Personalmanagements und des betrieblichen Rechnungswesens, die für eine(n) Baubetriebler(in) relevant sein können, ergänzen das Kap. Betriebsorganisation. Den Abschluss bilden Hinweise zum Berichtswesen der Baustelle.
In diesem Kapitel werden die Abrechnungsvorschriften wichtiger ATV kurz, aber umfassend zusammengestellt. Einigen Abrechnungsbestimmungen für Einzelleistungen, die keine Nebenleistungen sind ((siehe DIN 18299 und Abschnitt 4 der jeweiligen ATV), sind mit aufgenommen worden; die ATV enthalten jedoch weitergehende Festlegungen über Nebenleistungen und Besondere Leistungen.
Im Anschluss folgen Hinweise zu den Toleranzen im Hochbau sowie im Straßenbau.
Baumaschinen
(2016)
Größen, Formeln, Bemessung
(2016)
Das Kapitel 1 vermittelt eine Übersicht für den schnellen Gebrauch von Größen, Einheiten und Zeichen. Es folgt die Darstellung wichtiger Grundlagen der Mathematik, Lastannahmen und einfacher statischer Systeme. Schließlich werden Hinweise zu charakteristischen Festigkeiten und Tragfähigkeitsnachweisen für Berechnungen im Mauerwerk, Holz- und Stahlbau sowie Stahlbetonbau gegeben. Für eine weitere Vertiefung des Themas empfiehlt sich der Wendehorst Bautechnische Zahlentafel
Kalkulation
(2016)
Das Kapitel behandelt die Kosten- und Preisermittlung, die Kostenvorgabe und Kostenkontrolle.
Der Angebotspreis wird aufgeschlüsselt in die Einzelkosten der Teilleistungen, die Baustellengemeinkosten, die Allgemeinen Geschäftskosten und einen Zuschlag für Wagnis und Gewinn. Auf der Basis der Angebotskalkulation werden die Vorgaben für die Kostenkontrolle entwickelt.
Beton
(2015)
Wendehorst bautechnische Zahlentafeln / hrsg. von Ulrich Vismann. Ernst Biener ... - 35. Aufl.
(2015)
Siedlungswasserwirtschaft
(2015)
Abfallwirtschaft
(2015)
Wendehorst Beispiele aus der Baupraxis / Ulrich Vismann (Hrsg.). - 5., durchges. und aktualis. Aufl.
(2015)
Stahlbetonbau
(2015)
Das Kapitel Stahlbetonbau besteht aus einer Formelsammlung (Teil A) sowie einem Praxisbeispiel (Teil B). In dem Praxisbeispiel werden exemplarisch die erforderlichen Rechenschritte und Nachweise zur Bemessung im GZT und GZG nach Eurocode 2 [1] vorgestellt. Die Hinweise im Text beziehen sich, soweit nicht explizit erwähnt, auf Wendehorst, Bautechnische Zahlentafeln, 35. Auflage, „Stahlbeton- und Spannbetonbau nach Eurocode 2“ [2]. Die zum Praxisbeispiel zugehörigen Konstruktions- und Bewehrungszeichnungen stehen im Onlineportal zu diesem Buch zum kostenlosen Download bereit (siehe unter www.springer.com).
Geotechnik
(2015)
Siedlungswasserwirtschaft
(2015)
Nachfolgende Ausführungen und Berechnungsbeispiele beziehen sich auf Kapitel 19 Siedlungswasserwirtschaft im „Wendehorst: Bautechnische Zahlentafeln 35. Auflage 2015“ (abgekürzt: BZ). Für den Bau von Anlagen der Siedlungswasserwirtschaft sind ebenso die Grundlagen der Hydraulik zu berücksichtigen. Aus diesem Grunde sind auch die entsprechenden Ausführungen zur Hydraulik zu beachten.
Abfallwirtschaft
(2015)
Block ramps are ecologically oriented drop structures with adequate energy dissipation and partially moderate flow velocities. A special case is given with crossbar block ramps, where the upstream and downstream level difference is reduced by a series of basins. To prevent the total structure from failing, the stability of single boulders within the crossbars and the bed material in between must be guaranteed. The present paper addresses the stability of bed material and scour development for various flow regimes. Any bed material erosion may affect the stability of the crossbar boulders, which in turn can result in major damages of the ramp. Therefore new design approaches are developed to choose an appropriate bed material size and to avoid failures of crossbar block ramp structures.
Zero energy solutions for multifunctional steel intensive commercial buildings (ZEMUSIC) - EUR 27627
(2015)
The broad commercial objective of this project was the sustainable value creation in steel building technology by addressing the ways in which significant energy reductions can be made in the operation phase of multi-storey commercial buildings. A review on energy efficient commercial buildings in Europe has been carried out consisting of several case studies from different countries. The project included development of zero-energy concepts for reducing energy demand as well as concepts for heating, cooling and ventilation systems by utilising renewable energy sources in three different climates. Also alternative structural frame solutions were developed and analyzed in respect of structural and MEP (mechanical, electrical and plumbing solutions) features. An innovative long span floor system with integrated MEP routings promises a cost effective alternative for sophisticated ventilation distribution and radiant heating and cooling systems, allowing for high energy efficiency and high quality interior climate. The report includes also review of best architectural practices for integrated renewable energy solutions including different design strategies for building facades of zero energy buildings. Interesting results and design basis are also presented for steel energy pile concept, where structural foundation piles are utilized for ground energy harvesting. Life cycle cost calculations for near zero energy office building based on developed technologies show that a near zero energy construction is also profitable. The results and work methods of the project have been summarized in the form of design guidance that offers designers the knowledge gained in a form that can be easily understood.
"Holzbau kompakt" wurde sowohl für Studierende als auch Praktiker konzipiert und beschränkt sich nicht auf reine Holzbauaufgaben, sondern setzt sich ggf. auch mit der Tragwerkslehre auseinander. Die Neuauflage basiert auf dem Eurocode 5 und berücksichtigt zahlreiche neue Erkenntnisse aus Forschung und praxisnaher Entwicklung. Neben den Grundlagen der Bemessung, der Baustoffe, der Dauerhaftigkeit und des Brandschutzes konzentriert sich das Grundlagenwerk besonders auf das Konstruieren mit Holz und Holzwerkstoffen, anschaulich dargestellt an sehr ausführlichen Beispielen für Wohnhaus und Hallentragwerk.
Numerische Strömungssimulationen von Fließgewässern : Praxisanwendungen und zukünftige Entwicklungen
(2015)
Hydraulic modeling is the classical approach to investigate and describe complex fluid motion. Many empirical formulas in the literature used for the hydraulic design of river training measures and structures have been developed using experimental data from the laboratory. Although computer capacities have increased to a high level which allows to run complex numerical simulations on standard workstation nowadays, non-standard design of structures may still raise the need to perform physical model investigations. These investigations deliver insight into details of flow patterns and the effect of varying boundary conditions. Data from hydraulic model tests may be used for calibration of numerical models as well. As the field of hydraulic modeling is very complex, this chapter intends to give a short overview on capacities and limits of hydraulic modeling in regard to river flows and hydraulic structures only. The reader shall get a first idea of modeling principles and basic considerations. More detailed information can be found in the references.
Stahlbau
(2015)
Es ist zwischen Stählen bis S460 und solchen mit höherer Streckgrenze zu unterscheiden. Stähle bis S460 sind auch für die plastische Tragwerksberechnung nach dem Fließgelenkverfahren zugelassen. Bei Stählen oberhalb S460 bis S700 ist neben der elastischen eine nichtlineare plastische Tragwerksberechnung unter Berücksichtigung von Teilplastizierungen von Bauteilen in Fließzonen möglich.
Stahlbau
(2015)
Mehrwert
(2014)
Geologisch-geotechnischer Planungsprozess von Tunnelbauten mit Schwerpunkt tiefliegender Tunnel
(2014)
Abwasserwärmenutzung
(2013)
Robust addresses the renovation and improvement of existing residential, industrial and commercial buildings using steel-based technologies, focusing on techniques such as over-cladding, over-roofing and roof-top extensions. Steel-intensive renovation techniques currently on the market were reviewed. Performance criteria were developed for over-cladding systems meeting current regulatory standards, with guidelines on how to achieve appropriate levels of air-tightness.
ETHICS is concerned with evaluating, measuring and making improvements in the thermal and energy performance of steel-clad and steel-framed buildings. It addresses basic building physics performance at a laboratory and full-scale level, and the preparation of design guidance for commercial, industrial and residential buildings. It includes the development of design tools to assist users in assessing whole-building performance, and calibrates these tools against whole-building measurements, which will be obtained from this research. Opportunities for renewable energy and other energy-saving features will be assessed. This project focuses on objectives that are of particular interest for the design of new steel constructions regarding energy efficiency. ETHICS investigates the as-built performance by on-site tests regarding air tightness and heat transfer properties of the building envelope and by monitoring the energy consumption and thermal comfort of selected up-to-date steel buildings. As energy efficiency is a key requirement for design and construction of buildings in the future, this project provides well-founded scientific data, which prove the high energy performance of current steel constructions and work out details for further improvements to maintain and extend the position of steel products in the construction sector.
Das kompakte Nachschlagewerk für den konstruktiven Ingenieurbau wurde für den täglichen Gebrauch auf der Baustelle konzipiert und stellt alle für die rechnerische Nachweisführung und Konstruktion von Bauteilen wichtigsten Angaben in Form einer Formelsammlung mit Nachweishilfen zur Verfügung. Der Inhalt wurde auf Basis der neuen Eurocodes komplett aktualisiert und erweitert. Die 4. Auflage enthält in bewährter Manier eine umfangreiche Formelsammlung, Querschnittswerte und Bemessungshilfen zu den Bereichen Lastannahmen, Holzbau, Mauerwerksbau, Stahlbau, Stahlbetonbau, Geotechnik sowie statische Hinweise. Farbiges Papier erleichtert den zielgerichteten Zugriff auf die einzelnen Fachgebiete.