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Erdbebennachweis von Mauerwerksbauten mit realistischen Modellen und erhöhten Verhaltensbeiwerten
(2021)
Die Anwendung des linearen Nachweiskonzepts auf Mauerwerksbauten führt dazu, dass bereits heute Standsicherheitsnachweise für Gebäude mit üblichen Grundrissen in Gebieten mit moderaten Erdbebeneinwirkungen nicht mehr geführt werden können. Diese Problematik wird sich in Deutschland mit der Einführung kontinuierlicher probabilistischer Erdbebenkarten weiter verschärfen. Aufgrund der Erhöhung der seismischen Einwirkungen, die sich vielerorts ergibt, ist es erforderlich, die vorhandenen, bislang nicht berücksichtigten Tragfähigkeitsreserven in nachvollziehbaren Nachweiskonzepten in der Baupraxis verfügbar zu machen. Der vorliegende Beitrag stellt ein Konzept für die gebäudespezifische Ermittlung von erhöhten Verhaltensbeiwerten vor. Die Verhaltensbeiwerte setzen sich aus drei Anteilen zusammen, mit denen die Lastumverteilung im Grundriss, die Verformungsfähigkeit und Energiedissipation sowie die Überfestigkeiten berücksichtigt werden. Für die rechnerische Ermittlung dieser drei Anteile wird ein nichtlineares Nachweiskonzept auf Grundlage von Pushover-Analysen vorgeschlagen, in denen die Interaktionen von Wänden und Geschossdecken durch einen Einspanngrad beschrieben werden. Für die Bestimmung der Einspanngrade wird ein nichtlinearer Modellierungsansatz eingeführt, mit dem die Interaktion von Wänden und Decken abgebildet werden kann. Die Anwendung des Konzepts mit erhöhten gebäudespezifischen Verhaltensbeiwerten wird am Beispiel eines Mehrfamilienhauses aus Kalksandsteinen demonstriert. Die Ergebnisse der linearen Nachweise mit erhöhten Verhaltensbeiwerten für dieses Gebäude liegen deutlich näher an den Ergebnissen nichtlinearer Nachweise und somit bleiben übliche Grundrisse in Erdbebengebieten mit den traditionellen linearen Rechenansätzen nachweisbar.
Mauerwerksbauten in Deutschland sind mit Einführung des nationalen Anwendungsdokuments DIN EN 1998-1/NA auf Grundlage einer neuen probabilistischen Erdbebenkarte nachzuweisen. Für erfolgreiche Erdbebennachweise üblicher Grundrissformen von Mauerwerksbauten stehen in dem zukünftigen Anwendungsdokument neue rechnerische Nachweismöglichkeiten zur Verfügung, mit denen die Tragfähigkeitsreserven von Mauerwerksbauten in der Baupraxis mit einem überschaubaren Aufwand besser in Ansatz gebracht werden können. Das Standardrechenverfahren ist weiterhin der kraftbasierte Nachweis, der nun mit höheren Verhaltensbeiwerten im Vergleich zur DIN 4149 durchgeführt werden kann. Die höheren Verhaltensbeiwerte basieren auf der besseren Ausnutzung der gebäudespezifischen Verformungsfähigkeit und Energiedissipation sowie der Lastumverteilung der Schubkräfte im Grundriss mit Ansatz von Rahmentragwirkung durch Wand-Deckeninteraktionen. Alternativ dazu kann ein nichtlinearer Nachweis auf Grundlage von Pushover-Analysen zur Anwendung kommen. Vervollständigt werden die Regelungen für Mauerwerksbauten durch neue Regelungen für nichttragende Innenwände und Außenmauerschalen. Der vorliegende Beitrag stellt die Grundlagen und Hintergründe der neuen rechnerischen Nachweise in DIN EN 1998-1/NA vor und demonstriert deren Anwendung an einem Beispiel aus der Praxis.
Past earthquakes demonstrated the high vulnerability of industrial facilities equipped with complex process technologies leading to serious damage of process equipment and multiple and simultaneous release of hazardous substances. Nonetheless, current standards for seismic design of industrial facilities are considered inadequate to guarantee proper safety conditions against exceptional events entailing loss of containment and related consequences. On these premises, the SPIF project -Seismic Performance of Multi-Component Systems in Special Risk Industrial Facilities- was proposed within the framework of the European H2020 SERA funding scheme. In detail, the objective of the SPIF project is the investigation of the seismic behaviour of a representative industrial multi-storey frame structure equipped with complex process components by means of shaking table tests. Along this main vein and in a performance-based design perspective, the issues investigated in depth are the interaction between a primary moment resisting frame (MRF) steel structure and secondary process components that influence the performance of the whole system; and a proper check of floor spectra predictions. The evaluation of experimental data clearly shows a favourable performance of the MRF structure, some weaknesses of local details due to the interaction between floor crossbeams and process components and, finally, the overconservatism of current design standards w.r.t. floor spectra predictions.
In the context of the Solvency II directive, the operation of an internal risk model is a possible way for risk assessment and for the determination of the solvency capital requirement of an insurance company in the European Union. A Monte Carlo procedure is customary to generate a model output. To be compliant with the directive, validation of the internal risk model is conducted on the basis of the model output. For this purpose, we suggest a new test for checking whether there is a significant change in the modeled solvency capital requirement. Asymptotic properties of the test statistic are investigated and a bootstrap approximation is justified. A simulation study investigates the performance of the test in the finite sample case and confirms the theoretical results. The internal risk model and the application of the test is illustrated in a simplified example. The method has more general usage for inference of a broad class of law-invariant and coherent risk measures on the basis of a paired sample.
The molecular weight properties of lignins are one of the key elements that need to be analyzed for a successful industrial application of these promising biopolymers. In this study, the use of 1H NMR as well as diffusion-ordered spectroscopy (DOSY NMR), combined with multivariate regression methods, was investigated for the determination of the molecular weight (Mw and Mn) and the polydispersity of organosolv lignins (n = 53, Miscanthus x giganteus, Paulownia tomentosa, and Silphium perfoliatum). The suitability of the models was demonstrated by cross validation (CV) as well as by an independent validation set of samples from different biomass origins (beech wood and wheat straw). CV errors of ca. 7–9 and 14–16% were achieved for all parameters with the models from the 1H NMR spectra and the DOSY NMR data, respectively. The prediction errors for the validation samples were in a similar range for the partial least squares model from the 1H NMR data and for a multiple linear regression using the DOSY NMR data. The results indicate the usefulness of NMR measurements combined with multivariate regression methods as a potential alternative to more time-consuming methods such as gel permeation chromatography.
In this study, a recently proposed NMR standardization approach by 2H integral of deuterated solvent for quantitative multicomponent analysis of complex mixtures is presented. As a proof of principle, the existing NMR routine for the analysis of Aloe vera products was modified. Instead of using absolute integrals of targeted compounds and internal standard (nicotinamide) from 1H-NMR spectra, quantification was performed based on the ratio of a particular 1H-NMR compound integral and 2H-NMR signal of deuterated solvent D2O. Validation characteristics (linearity, repeatability, accuracy) were evaluated and the results showed that the method has the same precision as internal standardization in case of multicomponent screening. Moreover, a dehydration process by freeze drying is not necessary for the new routine. Now, our NMR profiling of A. vera products needs only limited sample preparation and data processing. The new standardization methodology provides an appealing alternative for multicomponent NMR screening. In general, this novel approach, using standardization by 2H integral, benefits from reduced sample preparation steps and uncertainties, and is recommended in different application areas (purity determination, forensics, pharmaceutical analysis, etc.).
The investigation of the possibility to determine various characteristics of powder heparin (n = 115) was carried out with infrared spectroscopy. The evaluation of heparin samples included several parameters such as purity grade, distributing company, animal source as well as heparin species (i.e. Na-heparin, Ca-heparin, and heparinoids). Multivariate analysis using principal component analysis (PCA), soft independent modelling of class analogy (SIMCA), and partial least squares – discriminant analysis (PLS-DA) were applied for the modelling of spectral data. Different pre-processing methods were applied to IR spectral data; multiplicative scatter correction (MSC) was chosen as the most relevant.
Obtained results were confirmed by nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy. Good predictive ability of this approach demonstrates the potential of IR spectroscopy and chemometrics for screening of heparin quality. This approach, however, is designed as a screening tool and is not considered as a replacement for either of the methods required by USP and FDA.
Quantitative nuclear magnetic resonance (qNMR) is routinely performed by the internal or external standardization. The manuscript describes a simple alternative to these common workflows by using NMR signal of another active nuclei of calibration compound. For example, for any arbitrary compound quantification by NMR can be based on the use of an indirect concentration referencing that relies on a solvent having both 1H and 2H signals. To perform high-quality quantification, the deuteration level of the utilized deuterated solvent has to be estimated.
In this contribution the new method was applied to the determination of deuteration levels in different deuterated solvents (MeOD, ACN, CDCl3, acetone, benzene, DMSO-d6). Isopropanol-d6, which contains a defined number of deuterons and protons, was used for standardization. Validation characteristics (precision, accuracy, robustness) were calculated and the results showed that the method can be used in routine practice. Uncertainty budget was also evaluated. In general, this novel approach, using standardization by 2H integral, benefits from reduced sample preparation steps and uncertainties, and can be applied in different application areas (purity determination, forensics, pharmaceutical analysis, etc.).
Koaxiale Stahlenergiepfähle
(2021)
Ein entscheidender Teil der Energiewende ist die Wärmewende im Gebäudesektor. Ein Schlüsselelement sind hier Wärmepumpen. Diese benötigen eine Wärmequelle, der sie Energie entziehen können, um sie auf ein höheres Temperaturniveau zu transformieren. Diese Wärmequelle kann bspw. das Erdreich sein, dessen Wärme durch Erdsonden erschlossen werden kann. In diesem Beitrag werden in Stahlpfähle integrierte Koaxialsonden mit dem Stand der Technik von Erdsonden gleichen Durchmessers bezüglich ihrer thermischen Leistungsmerkmale verglichen. Die Stahlenergiepfähle bieten neben der Wärmegewinnung weitere Vorteile, da sie auch eine statische Funktion übernehmen und rückstandsfrei zurückgebaut werden können. Es werden analytische und numerische Berechnungen vorgestellt, um die thermischen Potenziale beider Systeme zu vergleichen. Außerdem wird ein Testaufbau gezeigt, bei dem Stahlenergiepfähle in zwei verschiedenen Längen mit vorhandenen gängigen Erdsonden verglichen werden können. Die Berechnungen zeigen einen deutlichen thermischen Mehrertrag zwischen 26 % und 148 % der Stahlenergiepfähle gegenüber dem Stand der Technik abhängig vom Erdreich. Die Messergebnisse zeigen einen thermischen Mehrertrag von über 100 %. Es lässt sich also signifikante Erdsondenlänge einsparen. Dabei ist zu beachten, dass sich damit der thermisch genutzte Bereich des Erdreichs reduziert, wodurch die thermische Regeneration und/oder das Langzeitverhalten des Erdreichs an Bedeutung gewinnt.