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A further development of the Added-Mass-Method allows the combined representation of the effects of both soil-structure-interaction and fluid-structure interaction on a liquid-filled-tank in one model. This results in a practical method for describing the dynamic fluid pressure on the tank shell during joint movement. The fluid pressure is calculated on the basis of the tank's eigenform and the earthquake acceleration and represented by additional masses on the shell. The bearing on compliant ground is represented by replacement springs, which are calculated dependent on the local soil composition. The influence of the shear modulus of the compliant soil is clearly visible in the pressure curves and the stress distribution in the shell. The acceleration spectra are also dependent on soil stiffness. According to Eurocode-8 the acceleration spectra are determined for fixed soil-classes, instead of calculating the accelerations for each site in direct dependence on the soil composition. This leads to unrealistic sudden changes in the system's response. Therefore, earthquake spectra are calculated for different soil models in direct dependence of the shear modulus. Thus, both the acceleration spectra and the replacement springs match the soil composition. This enables a reasonable and consistent calculation of the system response for the actual conditions at each site.
Reinforced concrete (RC) structures with masonry infills are widely used for several types of buildings all over the world. However, it is well known that traditional masonry infills constructed with rigid contact to the surrounding RC frame performed rather poor in past earthquakes. Masonry infills showed severe in-plane damages and failed in many cases under out-of-plane seismic loading. As the undesired interactions between frames and infills changes the load transfer on building level, complete collapses of buildings were observed. A possible solution is uncoupling of masonry infills to the frame to reduce the infill contribution activated by the frame deformation under horizontal loading. The paper presents numerical simulations on RC frames equipped with the innovative decoupling system INODIS. The system was developed within the European project INSYSME and allows an effective uncoupling of frame and infill. The simulations are carried out with a micro-modelling approach, which is able to predict the complex nonlinear behaviour resulting from the different materials and their interaction. Each brick is modelled individually and connected taking into account nonlinearity of a brick mortar interface. The calibration of the model is based on small specimen tests and experimental results for one bay one storey frame are used for the validation. The validated model is further used for parametric studies on two storey and two bay infilled frames. The response and change of the structural stiffness are analysed and compared to the traditionally infilled frame. The results confirm the effectiveness of the INODIS system with less damage and relatively low contribution of the infill at high drift levels. In contrast to the uncoupled system configurations, traditionally infilled frames experienced brittle failure at rather low drift levels.
Stahlbetonrahmentragwerke mit Ausfachungen aus Mauerwerk weisen nach Erdbeben häufig schwere Schäden auf. Gründe hierfür sind die Beanspruchungen der Ausfachungswände durch die aufgezwungenen Rahmenverformungen in Wandebene und die gleichzeitig auftretenden Trägheitskräfte senkrecht zur Wandebene in Kombination mit der konstruktiven Ausführung des Ausfachungsmauerwerks. Die Ausfachung wird in der Regel knirsch gegen die Rahmenstützen gemauert, wobei der Verschluss der oberen Fuge mit Mörtel oder Montageschaum erfolgt. Dadurch kommt es im Erdbebenfall zu lokalen Interaktionen zwischen Ausfachung und Rahmen, die in der Folge zu einem Versagen einzelner Ausfachungswände oder zu einem sukzessiven Versagen des Gesamtgebäudes führen können. Die beobachteten Schäden waren die Motivation dafür, in dem europäischen Forschungsprojekt INSYSME für Stahlbetonrahmentragwerke mit Ausfachungen aus hochwärmedämmenden Ziegelmauerwerk innovative Lösungen zur Verbesserung des seismischen Verhaltens zu entwickeln. Der vorliegende Beitrag stellt die im Rahmen des Projekts von den deutschen Projektpartnern (Universität Kassel, SDA-engineering GmbH) entwickelten Lösungen vor und vergleicht deren seismisches Verhalten mit der traditionellen Ausführung der Ausfachungswände. Grundlage für den Vergleich sind statisch-zyklische Wandversuche und Simulationen auf Wandebene. Aus den Ergebnissen werden Empfehlungen für die erdbebensichere Auslegung von Stahlbetonrahmentragwerken mit Ausfachungen aus Ziegelmauerwerk abgeleitet.
Mit finanzieller Unterstützung der Deutschen Gesellschaft für Mauerwerks- und Wohnungsbau e.V. (DGfM) und des Deutschen Instituts für Bautechnik in Berlin (DIBt) wurden zwei aufeinander aufbauende Forschungsvorhaben zur Verbesserung der seismischen Nachweise von Mauerwerksbauten in deutschen Erdbebengebieten durchgeführt. Zunächst wurde das seismische Verhalten von drei modernen unbewehrten Mauerwerksgebäuden in der Region Emilia Romagna in Italien während der Erdbebenserie im Jahr 2012 in Kooperation mit der Universität Pavia eingehend untersucht. Aufbauend auf den Erkenntnissen dieser Untersuchungen wurde ein verbessertes seismisches Bemessungskonzept für unbewehrte Mauerwerksbauten erarbeitet. Der Beitrag stellt die wesentlichen Ergebnisse dieser Forschungsarbeiten und deren Eingang in die Normung vor.
Erdbebennachweis von Mauerwerksbauten mit realistischen Modellen und erhöhten Verhaltensbeiwerten
(2020)
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.