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Schadensdetektion in flächigen Stahlbauteilen mit Hilfe piezoangeregter Lamb-Wellen

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[Quelle: http://d-nb.info]

Die Überwachung von Bauwerken zur Sicherstellung ihrer Funktionstauglichkeit und vor allem ihrer Tragsicherheit gewinnt aufgrund des zunehmenden Durchschnittsalters der Bauwerke immer mehr an Bedeutung. Nutzungsänderungen, höhere und häufigere Belastungen leisten zusätzlich zum steigenden Bauwerksalter einen weiteren Beitrag zur Zustandsverschlechterung. Bei nicht ruhend beanspruchten Bauwerken, wie z. B. großen Tanks mit wechselnden Füllständen, ist hierbei besonders auf Ermüdungsrisse zu achten, da diese die Tragfähigkeit unmittelbar einschränken können. Klassische zerstörungsfreie Prüfverfahren und Überwachungsmethoden wie die visuelle Kontrolle des Bauwerks sind jedoch nicht überall gut und häufig gar nicht möglich. Deshalb befasst sich die Arbeit mit der Entwicklung und Anwendung eines Messsystems und -verfahrens, das in der Lage ist, die hinsichtlich Ermüdung kritischen Bauwerksbereiche automatisiert und kontinuierlich zu überwachen. Basis dieses Überwachungssystems sind kompakte piezokeramische Elemente, die mit elektrischen Signalen im Ultraschallbereich angeregt werden und durch ihre feste Applikation auf der Struktur bei flächigen Bauwerken die Ausbreitung von Plattenwellen, sogenannten Lamb-Wellen, initiieren. Identische Piezoelemente werden gleichzeitig zur Detektion dieser Wellenausbreitung eingesetzt. Die Arbeit beschäftigt sich mit den unterschiedlichen Phänomenen sowohl der verwendeten piezokeramischen Elemente als auch den komplexen Eigenarten der geführten Plattenwellen. Deren Verständnis sowie die Beherrschung der Wellenanregung und -messung sind die Grundlage für eine erfolgreiche Detektion und Lokalisierung struktureller Schäden. Einen Schwerpunkt der Arbeit stellt die Entwicklung leistungsfähiger Signalverarbeitungsalgorithmen dar. Die eigentliche Schadenserkennung und -ortung, basierend auf den weiterverarbeiteten Messsignalen der geführten Wellen, können auf unterschiedliche Weise erfolgen. In der Arbeit kommen vorwiegend aktive und passive Beamforming-Methoden zum Einsatz, die sich dadurch auszeichnen, von einem zentralen Ort aus die angrenzende Struktur zu überwachen. Gemessene und simulierte Ergebnisse dieser erfolgreichen Vorgehensweise zur Schadensdetektion selbst kleinster Schäden werden als leicht zu interpretierende zweidimensionale Schadensdarstellungen des untersuchten Bauteils präsentiert.

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Bücher, Broschüren

Stahlbau-Kalender 2019
Stahlbau-Kalender
Schwerpunkte: Verbindungen; Digitales Planen und Bauen
2019, X, 792 S., 741 SW-Abb., 209 Tabellen. 248 x 173 mm, Hardcover
Ernst & Sohn

 

 

Zentrale Themen des Stahlbau-Kalenders 2019 sind Verbindungen im Stahlbau sowie digitales Planen und Bauen. Verbindungen sind ein Innovationstreiber im Stahlbau. Die richtige Auswahl und Detailausbildung kann die Wirtschaftlichkeit von Stahlkonstruktionen erhöhen. Das Buch stellt anwendungsbereites Wissen mit zahlreichen Beispielen zur Verfügung. Auf die Methoden und Vorgehensweisen zur Bemessung und konstruktiven Durchbildung verschiedener Verbindungsarten wird in sechs Beiträgen ausführlich eingegangen. Die Verwendung vorgefertigter Zugstabsysteme bei filigranen Stahl-Glas-Konstruktionen für Fassaden, Dachtragwerke oder Fußgängerbrücken hat in den letzten Jahren zugenommen. Besonders wichtig für die Praxis sind z. B. die neuen Entwicklungen bei vorgespannten geschraubten Verbindungen. Auch Setzbolzen und Metallschrauben weisen eine breite Anwendungspalette im Stahlbau und Metallleichtbau auf. Gussknoten ermöglichen aufgrund der freien Formbarkeit den optimalen Einsatz von Hohlprofilen, auch bei geometrisch komplizierten Tragstrukturen. Mit tragenden Klebverbindungen werden neuartige Konstruktionen und Mischbauweisen im konstruktiven Ingenieurbau hervorgebracht. Damit einher geht das Erfordernis des werkstoffgerechten Konstruierens als Voraussetzung für dauerhafte und wirtschaftliche Tragwerke. Was digitales Planen und Bauen konkret für den Stahlbau und die Werkstattfertigung bedeutet, wird in drei praxisbezogenen Beiträgen dargestellt. Der Stahlbau-Kalender dokumentiert und kommentiert den aktuellen Stand des deutschen Stahlbauregelwerkes.

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Silke Haps, Alexandra Apfelbaum
Von "Stahlschachteln" und Bausystemen
Zum Umgang mit Stahlbauten zur Nachkriegszeit
2019, 192 S., 240 mm, Softcover
Verlag Kettler

 

 

Architektonische Experimentierfreude und eine neue, auch technische Aufbruchsstimmung führten ab den 1950er-Jahren zur Entstehung zahlreicher Stahlbauten und neuartiger Konstruktionssysteme. In der aktuellen Debatte um Erhalt, Schutz und Umnutzung des Nachkriegserbes vor allem im Ruhrgebiet nehmen diese Bauten, neben den weit verbreiteten Betonarchitekturen, eine besondere und bislang kaum beachtete Position ein. Das Buch ist der Versuch, eine breite öffentliche und fachliche Auseinandersetzung mit diesem Themenfeld anzuregen. Die Autoren informieren über architekturgeschichtliche Entwicklungen zum Stahlbau und zu Bausystemen der Nachkriegszeit, über besondere Bauten in NRW wie die Hoesch-Bungalows oder über die Entwicklung konstruktiver Systeme, in denen zahlreiche Bauten nach 1945 entstanden sind. Die Publikation versteht sich auch als Impulsgeber für ein Weiterdenken und einen Ausblick auf die Chancen und Potenziale für eine Nachhaltigkeit des Stahlbaus. So bündeln die ausgewählten Beiträge regionalgeschichtliches, bauhistorisches, baukonstruktives und denkmalpflegerisches Wissen mit dem Ziel, diese Nische der Nachkriegsarchitektur näher zu beleuchten, den häufig nicht nach außen in Erscheinung tretenden Stahlbau in einen breiteren Kontext zu stellen und die Diskussion über den Umgang mit diesen Bauten zu eröffnen.

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Herbert Schmidt, Christian Kammel, Jörg-Dieter Korth, Gregor Machura, Ralf Podleschny, Michael Volz
Ausführung von Stahlbauten, m. CD-ROM
Beuth Kommentar
Kommentare zu DIN EN 1090-2 und DIN EN 1090-4
2., überarb. u. erw. Aufl.
2019, XXIV, 708 S., m. 170 SW- u. 25 Farbabb. sowie 62 Tab. 30 cm, Softcover
Beuth

 

 

Der Kommentar liefert technische Erläuterungen und ergänzende Hintergrundinformationen zu den neuen Teilen 2 und 4 der DIN EN 1090 "Ausführung von Stahltragwerken und Aluminiumtragwerken". Aus dem vollständig überarbeiteten Teil 2 der DIN EN 1090 ging der neue Teil 4 hervor, der sich umfassend mit den technischen Anforderungen an tragende, dünnwandige, kaltgeformte Bauelemente und Bauteile aus Stahl befasst. Die Anforderungen der beiden Normteile werden abschnittsweise erläutert und durch Beispiele aus der Praxis veranschaulicht. Neben der Verzahnung mit den Eurocodes geht es bei der Kommentierung auch um baurechtliche Implikationen bei der Anwendung in Deutschland und Europa, um internationale Zusammenhänge (z. B. nationale Vorworte in anderen Ländern) sowie um ingenieurhistorische Bezüge.

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Alfredo Boracchini
Design and Analysis of Connections in Steel Structures
Fundamentals and Examples
2018, 380 S., 12 SW-Abb., 50 Tabellen. 244 mm, Softcover
Ernst & Sohn

 

 

Dieses Buch führt in alle Aspekte der sicheren Berechnung, Bemessung und Konstruktion von wirtschaftlichen modernen Verbindungen im Stahlbau ein. Die Hintergrunderläuterungen sind nicht an eine spezifische Norm gekoppelt, sondern es werden unterschiedliche Normen und Methoden verglichen, die in der Praxis zur Anwendung kommen, wie z. B. Eurocode, AISC, DIN, BS. Anhand einer Reihe von Beispielen werden Problemlösungen detailliert beschrieben und illustriert. Damit erhält der Leser alle notwendigen Werkzeuge an die Hand, um auch komplexe Probleme bei der Konstruktion von Verbindungen zu lösen. Das Buch ist für Berufseinsteiger, für erfahrene Praktiker sowie auch für Stahlbaufachleute eine Arbeitshilfe, denn es werden einfache und komplexe Beanspruchungen an Verbindungen abgebildet. Weniger ausführlich werden Erdbebenauslegung, Schweißnähte, die Wechselwirkung mit anderen Materialien (Beton, Holz) und kalt geformte Verbindungen behandelt.

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Ausgezeichneter Stahlbau 2018
2018, 216 S., 300 farb. Abb. 280 mm, Hardcover
Callwey

 

 

Die besten Beiträge aus drei renommierten Stahlbauwettbewerben des Bauforumstahl e.V. werden in dem Band gesammelt dokumentiert: aus "Preis des Deutschen Stahlbaues 2018" - "Förderpreis des Deutschen Stahlbaues 2018" - "Ingenieurpreis des Deutschen Stahlbaues 2017". Es werden richtungsweisende Stahlbautrends und spektakuläre Projekte vorgestellt, präsentiert durch herausragende Architekturfotografie sowie professionelle Pläne und stahlbauspezifische Texte. Ob Brücken, Industriehallen, Sport- und Bildungsstätten oder Wohnbauten - das Hightech-Material Stahl eignet sich hervorragend für ästhetisch und technisch anspruchsvollste Bauaufgaben. Die von einer Fachjury ausgewählten Projekte werden nachvollziehbar und umfassend mit herausragender Architekturfotografie, detailreichen Plänen und erläuternden Texten präsentiert. Eine zuverlässige Inspirations- und Informationsquelle für Architekten, Ingenieure und alle Akteure der Stahlbaubranche.

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Forschungsberichte

Bauforschungsberichte, Kurzberichte, Dissertationen, Hinweise auf laufende und abgeschlossene Forschungsvorhaben sowie Bauforschungs-Informationen aus dem deutschsprachigen Raum können Sie sich kostenlos/kostenpflichtig als Download direkt auf den Bildschirm holen oder online auf Papier bestellen.
Weitere Informationen rund um das Thema Bauforschung finden Sie in unserem
Portal Bauforschung

Anmeldung zum Informationsdienst Bauforschung aktuell

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Richard Stroetmann, Lars Sieber, Hans-Werner Viehrig, Mario Houska, Birgit Vetter, Veneta Schubert
Beurteilung der Sprödbruchgefährdung gelochter Stahltragwerke - Weiterentwicklung der Analysemethoden
Forschungsinitiative Zukunft Bau , Band F 2972
2015, 133 S., zahlr. Abb. u. Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Bei der Beurteilung bestehender Stahlkonstruktionen interessiert neben der Tragsicherheit ebenso die Sprödbruchgefährdung. Die normativen Regelungen in DIN EN 1993-1-10 sind für gelochte Konstruktionen aus alten Baustählen nicht anwendbar. Zur sachgerechten Beurteilung der Sprödbruchneigung wird ein Verfahren zum Nachweis ausreichender Zähigkeit quasi-statisch beanspruchter gelochter Bauteile aus Flussstahl auf bruchmechanischer Basis entwickelt. Als eine Grundlage des Nachweisverfahrens wurde ein umfangreiches Versuchsprogramm an Bauteilen aus bestehenden Stahltragwerken der Baujahre 1904 bis 1930 durchgeführt. Es wurden Werkstoffproben aus unterschiedlichen Bauwerken, verschiedenen Querschnittstypen und allen typischen Stahlherstellungsverfahren untersucht. Neben der Ermittlung der Werkstoffkennwerte im Zugversuch wurde vor allem die Werkstoffzähigkeit der Stähle analysiert.

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K. Geißler, I. Prokop, A. Bubner, R. Egner, S. Heyde, M. Kempkes, B. Kühn, J. Laumann, P. Lieberwirth, J. Naumes, J. Ruga, S. Schilling, H. Schmidt, T. Ummenhofer
Verbesserung der Praxistauglichkeit der Baunormen durch pränormative Arbeit - Teilantrag 3: Stahlbau. Abschlussbericht
Forschungsinitiative Zukunft Bau , Band F 2964
2015, 130 S., zahlr. Abb. u. Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Der umfangreiche Eurocode 3 für den Stahlbau rief in der Ingenieur- und Baupraxis teilweise heftige Kritik hervor. Kritisiert wurde neben der großen Seitenzahl die unzureichende Übersichtlichkeit und Konsistenz und damit verbunden eine mangelhafte Anwenderfreundlichkeit. Ziel des Vorhabens war daher die pränormative Forschung für eine praxisgerechte Überarbeitung und Weiterentwicklung des Eurocode 3. Für das Forschungsvorhaben wurden von den 20 Teilen des Eurocodes 3 die sechs Teile ausgewählt und untersucht, die für die Ingenieure in Planung und Ausführung die größte Relevanz und den größten Verbesserungsbedarf haben. Dies sind der Teil 1-1 (Bemessungsregeln für den Hochbau - "Grundlagenteil"), Teil 1-8 (Anschlüsse), Teil 1-5 (Plattenförmige Bauteile), Teil 1-9 (Ermüdung), Teil 1-2 (Heißbemessung) und Teil 6 (Kranbahnen). Da die Ausführungsnorm DIN EN 1090 Teil 2 in engem Zusammenhang mit dem Eurocode 3 steht, wurde sie ebenfalls in Bezug auf die Praxistauglichkeit überprüft. Gemäß Forschungsantrag wurden zunächst ähnlich einer Anamnese die Schwachstellen und Überregulierungen des Eurocode 3 zusammengetragen. Danach wurde in einer Diagnose geprüft, inwieweit diese Defizite in der Praxis zu Problemen führen. Besonderes Augenmerk wurde daher auf die praktische Anwendbarkeit und auf Unstimmigkeiten in den Bemessungsvorschriften gelegt. Dies und Unklarheiten in der sprachlichen Formulierung der Norm wurden in separaten Synopsen aufgezeigt. Im nächsten Schritt wurden praxisgerechte Verbesserungen und Vereinfachungen der Norm im Sinne einer Therapie erarbeitet. Bedarfsweise wurden die Auswirkungen der Verbesserungsvorschläge an konkreten Bauteilen in Vergleichsberechnungen untersucht und mit den Bemessungsergebnissen der jetzt gültigen Fassung des Eurocode 3 verglichen. Die Therapie wurde je Eurocode in einem Abschnitt "Lösungsvorschläge" erläutert. Die Lösungsvorschläge münden in überarbeiteten und praxistauglichen Entwürfen von Normentexten für den Eurocode 3. Diese Normentwürfe liegen in einzelnen Teilberichten vo

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Gerhard Sedlacek
Ausarbeitung eines Entwurfs für den deutschen Nationalen Anhang zu EN 1993-1-1 und seiner wissenschaftlichen Begründung
Bauforschung , Band T 3239
2010, 19 S., 9 Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Wie alle Eurocodes enthält die EN 1993 - Eurocode 3 - Bemessung und Konstruktion von Stahlbauten - Teil 1-1: Allgemeine Bemessungsregeln und Regeln für den Hochbau - Öffnungen für nationale Festlegungen, die im Rahmen der Bearbeitung des deutschen Nationalen Anhangs zu EN 1993-1-1 getroffen wurden. Beide, EN 1993-1-1 und der deutsche nationale Anhang dazu, sind Kompromisse zwischen verschiedenen Auffassungen und Expertenmeinungen, die in den internationalen Arbeitsgruppen zu EN 1993-1-1 und in der DIN Arbeitsgruppe zum deutschen Nationalen Anhang gefunden wurden. Die Aufgaben für die Herstellung dieses Berichtes sind: 1. eine Sicherheitsüberprüfung der EN 1993-1-1 und des deutschen Nationalen Anhangs zur wissenschaftliche Begründung der gewählten Kompromisse und 2. eine Überprüfung, ob die im Rahmen der Kompromisse gefundenen Alternativen nicht eine unnötige Komplexität der Regelwerks erzeugt haben, die durch "einfachere" und sicherheitsmäßig mindestens gleichwertige Lösungen beseitigt werden könnte.

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Ulrike Kuhlmann, Benjamin Braun
Bestimmung der Sicherheitselemente für die Anwendung von DIN EN 1993-1-5 "Plattenförmige Bauteile". Teil 1. Schlussbericht
Bauforschung , Band T 3234
2010, 29 S., 13 Abb., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Im Schlussbericht zu diesem Forschungsvorhaben werden der Inhalt und der Hintergrund des deutschen Nationalen Anhangs zu DIN EN 1993-1-5:2006 erläutert. Neben den nationalen Festlegungen umfasst der Nationale Anhang eine Reihe von so genannten konfliktfreien nationalen Ergänzungen, die die zukünftige Bemessungspraxis erleichtern und das bisherige Sicherheitsniveau auch in der Zukunft sicherstellen sollen. Der vorliegende Teil 1 des Schlussberichts stellt Inhalte und Vorschläge zu allen nationalen Festlegungen und konfliktfreien nationalen Ergänzungen vor. Die Festlegungen und Ergänzungen werden dabei so begründet, dass sie auch als Vorlage für eine europäische Harmonisierung dienen können. Die Vorschläge werden im Detail begründet, dabei wird in Teil II zu einigen einzelnen nationalen Festlegungen gesondert Stellung genommen.

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H. Pasternak, A. Marosi
Tragverhalten von Hallen mit Flanschstreben
Bauforschung , Band T 3206
2009, 71 S., 69 Abb., 26 Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

In der Studie werden drei Modelle von Stahlrahmen mit unterschiedlicher Spannweite (18-56 m) entwickelt, um das Biegedrillknicken bei Flanschstreben mit Finiten Elementen zu simulieren. Die Modelle umfassen lmperfektionen sowie geometrische und physikalische Nichtlinearität. Der Weg der Modellierung machte Änderung der Rahmendetails möglich, so dass mehr Parameter untersucht werden konnten. Analysiert werden: - die Schwachstelle "nachgiebige" Drehlagerung, - die Möglichkeit der konstruktiven Umsetzung "unendlicher" Drehsteifigkeit an den Lagerpunkten, - Abgrenzung des "normgerechten" Zustandes, - Hinweise zur rechnerischen Abbildung nachgiebiger Drehlagerungen, - die Notwendigkeit eines weiteren Forschungsbedarfes. Zunächst wird das numerische Modell der Struktur vorgestellt. Dazu werden zwei unterschiedliche Modelle analysiert: ein vereinfachtes Federmodell und ein Model mit Pfetten. Es stellte sich heraus, dass manche Imperfektionen vernachlässigbar waren, während andere entscheidend sind. Um akkurate Ergebnisse zu erhalten, wurde die Elementgröße (FE-Modellierung) variiert. Die durchgeführten Berechnungen zeigen, dass Flanschstreben In der Lage sind, Hallenrahmen auch bei ungünstigen Imperfektionen gegen seitliches Ausweichen zu sichern. Die Tragreserven sind allerdings teilweise außerordentlich gering.

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Zeitschriftenartikel

Folgende Literaturnachweise stammen aus der Datenbank RSWB^®plus. Die Datenbank unterstützt schnell und zielsicher Fachleute aus Planungsfirmen, Industrie und Forschung, sowie Lehrkräfte und Studierende in der akademischen Ausbildung bei Nachweis und Beschaffung von Fachinformation zum Planen und Bauen.

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Lechner, Christoph; Hasselmann, Uwe
Untersuchung zur Eisenauflösung bei der Feuerverzinkung von Schrauben. Überarbeitung von DIN EN ISO 10684:2011-09 "Verbindungselemente - Feuerverzinkung"
DIN-Mitteilungen + Elektronorm, 2019

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Abdichten gemäß Stand der Technik. Metallfassaden nach dem Gebäude-Energie-Gesetz
Metallbau, 2019

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Gaigl, Christian; Mensinger, Martin
R30 durch Feuerverzinken. Forschungsprojekt für die Paxis fertiggestellt
Metallbau, 2019

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Stebler, Jan; Mühlethaler, Rolf
Eleganz und Vibration: Doppelwohnhaus in Bolligen
Stahlbau, 2019

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Rengstl, Mathias; Radlbeck, Christina; Mensinger, Martin
ALFABET 2.0: Datengrundlage zur DIN EN 1999-1-3
Bautechnik, 2019

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