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Autor(en)TitelZeitschriftAusgabeSeiteRubrik
Wellmann, Florian; Amann, Florian; Chudalla, Nils; de la Varga, MiguelAutomated geological model updates during TBM operation - An approach based on probabilistic machine learning conceptsGeomechanics and Tunnelling5/2022635-641Topics

Kurzfassung

Geological models are commonly used to predict the position of relevant geological features, such as rock types or faults in the subsurface. These models can contain significant uncertainties, as the geological input parameters are often not perfectly known. Predictions of geological features, for example, on the level of a tunnel during an excavation process, are therefore uncertain. This work shows how these uncertainties can be estimated using probabilistic concepts. Furthermore, an approach is presented to automatically adjust the geological model predictions using measurements of the tunnel boring machine (TBM) operation. To this aim, the geological forward model is combined with a measurement model and both are integrated in a probabilistic machine learning framework. This integration enables a Bayesian inference process using computational methods, enabling an update of the parameters of the geological and measurement models. Based on the inferred parameter distributions, the model predictions on the tunnel level are subsequently updated. The application of the concept in a simple schematic application shows that such a combination can accurately and precisely predict features ahead of the operation within the limits of the model capabilities. In future work, the methods need to be tested with a real case study to evaluate the accuracy of predictions using real-world TBM data and more complex geological models. The framework presented here could directly be extended to this purpose.

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Eibl, Frank; Mähr, Markus; Vögele, DominikAutomated rock strain measurements for the planned pumped storage plant Kühtai using the "TIWAG-Radial Press" / Automatisierte Felsdehnungsmessungen mit der Tiwag-Radialpresse für das geplante Speicherkraftwerk KühtaiGeomechanics and Tunnelling1/201231-40Topics

Kurzfassung

The principle of the radial press for the design of highly loaded pressure shafts and headrace tunnels has been known since 1954 and has been further developed by Tiwag - Tiroler Wasserkraft AG and used successfully many times on the most varied power station projects. The radial press is a large-scale test apparatus for the determination of the contribution of the rock mass to the lining of pressure tunnels and shafts. A 2 m long section of a circular tunnel is subjected to radially symmetrical loading of up to 100 bar. The radial displacements of the loaded tunnel section are measured with their directional orientation related to the tunnel centreline at many cross-sections and thus deliver direct information about anisotropy and the E and V moduli of the rock mass. The system control and data recording of the Tiwag radial press has now been automated and thus brought up to the latest standards. The measured data is recorded, visualised and archived by special software and remains available for specific evaluation purposes. Both the effectiveness of the test performance and the measurement precision have been improved by this automation and the use of new sensor technology. For the planned Kühtai pumped storage station, the revised and automated radial press was successfully used in spring/summer 2011 at two measurement locations in the Längental exploration tunnel. The radial press in its new form is being used increasingly on all the large design projects of the Tiroler Wasserkraft AG and will thus continue to contribute to the economic design of pressure tunnels and steel linings.
Für die Bemessung hoch beanspruchter Druckschächte und Druckstollen wurde das seit 1954 bekannte Prinzip der Radialpresse von der Tiwag - Tiroler Wasserkraft AG weiterentwickelt und bisher mehrmals erfolgreich für verschiedenste Kraftwerksprojekte eingesetzt. Die Radialpresse ist eine großmaßstäbliche Versuchseinrichtung zur Bestimmung der Gebirgsmitwirkung bei Druckstollen- und Druckschachtauskleidungen, wobei ein 2 m langer Abschnitt eines kreisförmigen Stollens radialsymmetrisch mit bis zu 100 bar belastet wird. Die Radialverformungen der belasteten Stollenstrecke werden bezogen auf die Stollenachse in mehreren Querschnitten richtungsorientiert gemessen und geben damit direkt Auskunft über die Anisotropie und den E- und V-Modul des Gebirges. Die Tiwag-Radialpresse wurde hinsichtlich Systemsteuerung und Datenerfassung automatisiert und auf den neuesten Stand gebracht. Die Messdaten werden in einer speziellen Software vor Ort erfasst, visualisiert und archiviert und stehen in weiterer Folge für spezifische Auswertungszwecke zur Verfügung. Sowohl die Effektivität der Versuchsdurchführung als auch die Messgenauigkeit konnten durch die Automatisierung und durch Verwendung neuer Sensortechnik gesteigert werden. Für das geplante Speicherkraftwerk Kühtai kam die erneuerte und automatisierte Radialpresse im Frühjahr/Sommer 2011 an zwei Messstellen im Sondierstollen Längental erfolgreich zum Einsatz. Die Radialpresse wird in ihrer aktuellen Form bei allen großen Planungsvorhaben der Tiroler Wasserkraft AG verstärkt in Einsatz gebracht und wird so wie bisher auch in Zukunft zu einer wirtschaftlichen Bemessung von Druckschächten und Panzerungen beitragen.

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Klaffenböck, Thomas; Gertl, ReinhardAutomatic fire-fighting systems in tunnels / Automatische Brandbekämpfungsanlagen in untertägigen BauwerkenGeomechanics and Tunnelling6/2019681-689Topics

Kurzfassung

A fire can occur in many areas of a transport system. Detecting fires at an early stage and rapid automated fire-fighting can significantly minimize or completely prevent damage to rolling stock and infrastructure. In addition to effective fire-fighting, people should be safeguarded, the systems should be economical, and activation should cause a minimum of damage. Despite the positive effects of using automatic fire-fighting systems in terms of building protection and reducing the fire load, there may be negative effects on escaping persons during the escape phase. Different systems such as the high-pressure water mist system and the deluge system are investigated by CFD simulation and evaluated with regard to their use during the escape and external rescue phases.
Brände können in vielen Bereichen eines Verkehrssystems entstehen. Eine frühzeitige Brandmeldung sowie eine schnelle automatisierte Brandbekämpfung können die Schäden an Schienenfahrzeugen und Infrastruktur erheblich minimieren oder ganz verhindern. Neben der effektiven Brandbekämpfung sollen Menschen geschützt werden, die Anlagen sollten wirtschaftlich sein, und durch die Aktivierung sollte ein Minimum an Schäden verursacht werden. Trotz positiver Effekte beim Einsatz automatischer Brandbekämpfungsanlagen hinsichtlich des Bauwerkschutzes und der Reduzierung der Brandlast sind während der Selbstrettungsphase unter Umständen negative Auswirkungen auf flüchtende Personen gegeben. Es werden unterschiedliche Systeme, wie die Hochdruckwassernebelanlage und die Sprühflutanlage mittels CFD-Simulation untersucht und diese im Hinblick auf den Einsatz während der Selbst- und Fremdrettungsphase bewertet.

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Rabensteiner, Stefan; Weichenberger, Franz Peter; Chmelina, KlausAutomation and digitalisation of the geological documentation in tunnellingGeomechanics and Tunnelling3/2022298-304Topics

Kurzfassung

In tunnelling, the geological documentation comprises the daily recording and processing of various data for continuously assessing the geological-geotechnical conditions on-site. One of the core tasks is the documentation of the tunnel face area. With Geodata's Tunnel Mapper, a new measuring system is presented enabling a highly automated data acquisition and the processing of a geo-referenced three-dimensional (3D) tunnel face model. Versions of the measuring system for both conventional and mechanised tunnelling have been developed. From the 3D model, high-quality digital products as well as geometric and geological parameters can be derived, which serve as a basis for decisions on-site. The data can then be integrated into the geological information system TUGIS.NET of Geoconsult, merged there with other data and further (geologically) evaluated, analysed and visualised. A spatial model that has been interpreted and quantified by the geologist can be established and used for target/actual comparisons and forecasts. The model can be transferred into building information modeling (BIM)-compatible data structures for integration into an overall BIM model of the project. The further automation and digitalisation of the geological documentation and the full documentation (geometry and geology) of the face area are achieved in the interaction of the systems mentioned.

Automatisierung und Digitalisierung der geologischen Dokumentation im Tunnelbau
Die geologische Dokumentation umfasst im Tunnelbau die tägliche Erfassung und Auswertung vielfältiger Daten zur laufenden Beurteilung der geologisch-geotechnischen Verhältnisse vor Ort. Eine der Kernaufgaben ist die Dokumentation der Ortsbrust. Mit dem Tunnel Mapper Geodata wird ein neues Messsystem vorgestellt, das eine weitgehend automatisierte Datenerfassung und -auswertung bis hin zu einem georeferenzierten 3D-Modell der Ortsbrust ermöglicht. Versionen des Messsystems sowohl für konventionelle als auch maschinelle Vortriebe wurden entwickelt. Aus dem 3D Modell lassen sich hochwertige, digitale Produkte sowie geometrische und geologische Parameter ableiten, die als Grundlage für Entscheidungen auf der Baustelle dienen. Die Daten können nachfolgend in das geologische Informationssystem TUGIS.NET, Geoconsult ZT GmbH, integriert, dort mit anderen Daten zusammengeführt und weiter (geologisch) ausgewertet, analysiert und visualisiert werden. Ein vom Geologen interpretiertes und quantifiziertes räumliches Modell kann erstellt und für Soll-Ist-Vergleiche und Prognosen verwendet werden. Das Modell kann in BIM-kompatible Datenstrukturen überführt werden, um es in ein Gesamt-BIM-Modell des Projekts zu integrieren. Ein weiterer Schritt zur Automatisierung und Digitalisierung der geologischen Dokumentation und die vollständige Dokumentation (Geometrie und Geologie) der Ortsbrust werden im Zusammenspiel der genannten Systeme erreicht.

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Petitat, Manuel; von Allmen, Katja; Burdin, JacquesAutomation of rock selection and aggregate quality for reuse in tunnelling and industryGeomechanics and Tunnelling4/2015315-320Topics

Kurzfassung

The tunneling industry is flourishing around the world. But what about the spoil material? This paper presents the different steps achieved towards an automation of rock selection and aggregate quality assessment for tunnelling to reduce environmental impacts and maximize the use of excavation materials by analyzing and processing TBM muck on-line, inside the tunnel, on the tunnel boring machine.

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Weber, B.Automationsstrategien zur integrierten Tragwerksplanung.Bautechnik2/199262-69Fachthemen

Kurzfassung

Der vorliegende Beitrag behandelt Einzelaspekte integrierter Entwurfsautomatisierung in der Tragwerksplanung. Hervorgehoben werden dabei die adäquate Modularisierung des Entwurfsablaufs, dessen Steuerung über grafische Benutzeroberflächen und dessen Verteilung und Koordinierung mittels lokaler Dateisysteme und globaler Datenbankmodelle. An ausgewählten Beispielen des Stahlbaus und Stahlbetonbaus werden die Möglichkeiten des datenbankgestützten Informationsaustauschs zwischen CAE und CAD illustriert.

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Münch, I.; Wagner, W.Automatische Bemessung, Optimierung und Kalkulation von Pfettendächern im IndustriehallenbauBautechnik6/2002375-383Fachthemen

Kurzfassung

Im gewöhnlichen Industriehallenbau kann aus statischer Hinsicht zwischen zwei Arten von Dachaufbauten unterschieden werden. Die tragende Dacheindeckung kann die Belastung direkt oder über Pfetten an die Hallenrahmen abgeben. Für den Fall, daß Pfetten verwendet werden, stellt sich im Entwurf die Frage, welche Abstände, Materialien und Geometrien für die Pfetten am günstigsten zu wählen sind. Eine computergestützte (automatisierte) Bemessung und Kalkulation der Dacheindeckung kann in kürzester Zeit sämtliche Varianten untersuchen und als Ergebnis einen direkten Vergleich über Materialaufwand und Kosten zur Verfügung stellen. Darüberhinaus kann durch entsprechende Optimierungsverfahren der Material- und Kostenaufwand für bestimmte Pfettenquerschnitte unter Einhaltung der geforderten Tragfähigkeit minimiert werden.

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Plagge, R.; Scheffler, G.; Grunewald, J.Automatische Messung des Wasseraufnahmekoeffizienten und des kapillaren Wassergehaltes von porösen BaustoffenBauphysik6/2005315-323Fachthemen

Kurzfassung

Die vorliegende Studie analysiert die automatische Messung des Wasseraufnahmekoeffizienten A Index w. Ein Vergleich mit dem manuellen Experiment gemäß EN ISO 15148 zeigt eine gute Übereinstimmung zwischen beiden Methoden. Beim automatischen Verfahren ist die kontinuierliche Erfassung der Wasseraufnahme von Vorteil. Auch geringe Änderungen in der Wasseraufnahme werden entsprechend ihrem zeitlichen Verlauf gemessen. Langzeitmessungen über mehrere Tage und die Bestimmung hochsaugfähiger Baustoffe sind möglich. Insbesondere klein dimensionierte Probenund dünne Beschichtungen können analysiert werden. Abweichungen von der angenommenen Linearität des A Index w-Wertes lassen Rückschlüsse über mögliche Materialveränderungen, Schichtungen oder auch Anlagerung von Wasser an Mineraloberflächen zu. Zusätzlich kann der kapillare Wassergehalt mit dem automatischen Verfahren ermittelt werden. Bei Verwendung der Geräteapparaturen, der Beprobungstechnik, des Meß- und Berechnungsverfahrens liefert die Methode A Index w- und Theta Index cap-Wert in beliebiger zeitlicher Auflösung. Dies macht die Methode besonders interessant für die Verwendung in Simulationsprogrammen und die Verifikation von Materialparametern und -funktionen durch Einsatz inverser Modellierung. Die Anwendbarkeit der Methode ist durch zahlreiche Messungen belegt. Eine Stichprobe zeigt die Anwendbarkeit der Methode im Vergleich mit Resultaten nach EN ISO 15148. Die Reproduzierbarkeit und der Routineeinsatz der Technik werden exemplarisch für eine Anzahl von Materialien gezeigt.

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Weber, Lukas Alexander; Schenk, DanielaAutomatische Zusammenführung zertrennter Konstruktionspläne von WasserbauwerkenBautechnik5/2022330-340Aufsätze

Kurzfassung

Beim Planen, Bauen und Betreiben von Verkehrswasserbauwerken sind Bestandspläne von großer Bedeutung. Gerade für Instandsetzungen oder Ersatzneubauten, die im Wasserbau einen Großteil der Baumaßnahmen darstellen, beinhalten sie zentrale Informationen u. a. zur Konstruktion der bestehenden Bauwerke. Die Wasserstraßen- und Schifffahrtsverwaltung des Bundes (WSV) hat Anfang des Jahrtausends daher alle Pläne mit hohem Aufwand digitalisiert. In dem Digitalisierungsprozess wurden aus technischen Gründen etwa 35.000 Dokumente in Teilaufnahmen (TA) zerstückelt, was deren Übergabe und Nutzung erheblich stört. Diese, im Rahmen eines FuE-Projekts der Bundesanstalt für Wasserbau (BAW) entstandene, Arbeit zeigt, dass mit Image Stitching, einer Methode aus dem Bereich des computerbasierten Sehens (Computer Vision), die Pläne zum Großteil automatisiert zusammengeführt werden können. Mit einem merkmalsbasierten Ansatz werden dafür die Zusammenhänge zwischen den einzelnen TA modelliert und diese in einer gemeinsamen Bildebene aneinander ausgerichtet. Beim Zusammenfügen zu einem Gesamtplan wird mit einer nahtbasierten Methode sichergestellt, dass die Elemente im Plan möglichst am Stück erhalten bleiben. Es wird gezeigt, wie mit innovativen Methoden die Gesamtqualität des Baubestandswerks der WSV automatisiert verbessert werden kann und diskutiert, wie weitere Techniken aus dem Bereich der Computer Vision eingesetzt werden können, um die Ergebnisse noch weiter zu verbessern.

Automatic stitching of fragmented construction plans of hydraulic structures
Inventory plans are of great importance during planning, construction and operation of hydraulic structures. Particularly for repairs or replacements, which represent a large part of the construction measures in hydraulic engineering, they contain central information on the construction of the existing structures. At the beginning of the millennium, the German Federal Waterways and Shipping Administration (WSV) therefore digitized all plans at great expense. In the digitization process, about 35,000 documents were fragmented into partial images for technical reasons, which significantly disturb their transfer and use. This work, which is a result of a R&D-project of the Federal Waterways Engineering and Research Institute (BAW), shows that with image stitching, a method from the field of computer vision, the plans can be stitched automatically for the most part. Using a feature-based approach, the relationships between the individual fragments are modeled and aligned in a common image plane. When merging to an overall plan, a seam-based method ensures that the elements in the plan are preserved. It is shown how innovative methods can be used to improve the overall quality of the WSV's inventory documents in an automated manner, and it is discussed how further techniques from the field of computer vision can be used to improve the results even further.

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Weber, B.Automatischer Datenaustausch zwischen statischer Berechnung, Bemessung und Konstruktion im Stahlbau.Bautechnik2/199378-85Fachthemen

Kurzfassung

Der vorliegende Beitrag behandelt Einzelaspekte des automatischen Datenaustauschs zwischen statischer Berechnung, Bemessung und Konstruktion im Stahlbau. Vor dem Hintergrund integrierter Entwurfsautomatisierung wird die Schnittstellenkonvention Statik/Konstruktion des Deutschen Stahlbauverbandes DSTV erläutert und ihre Einbindung in relationalen, datenbankgestützten Informationsaustausch gezeigt.

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Krütt, Enno; Wallau, Wilma; Meng, Birgit; Greim, Markus; Pirskawetz, StephanAutomatisierte AKR-Prüfung im 60 °C-BetonversuchBeton- und Stahlbetonbau12/2019911-918Fachthemen

Kurzfassung

Herrn Professor Dr.-Ing. Prof. h.c. Dr.-Ing. E.h. Hans-Wolf Reinhardt zu seinem 80. Geburtstag gewidmet
Der 60 °C-Betonversuch ist eine in Deutschland und international verbreitete Methode, um die Empfindlichkeit von Gesteinskörnungen und Betonen hinsichtlich einer Alkali-Kieselsäure-Reaktion (AKR) zu prüfen. Dieser Beitrag stellt eine neu entwickelte, automatisierte Variante der Prüfmethode in einem Minireaktor vor. Dabei werden die Dehnungen von Betonprismen nicht wie beim konventionellen Test manuell, sondern automatisch in entsprechend ausgerüsteten Prüfbehältern gemessen. Neben einer Reduzierung des Messaufwands bringt die automatisierte Prüfung im Minireaktor weitere Vorteile. Die Dehnungssignale werden, anders als bei der konventionellen Messung, quasi kontinuierlich aufgezeichnet und bilden das Expansionsverhalten der Prismen detailliert ab. Außerdem bleiben Unterbrechungen der AKR-provozierenden Lagerung aus, die bei der konventionellen Prüfung notwendig sind. Im Beitrag werden die automatisierte und konventionelle Prüfung anhand der Dehnungen von Prismen zweier Gesteinskörnungen verglichen. In Übereinstimmung mit vorhergehenden Untersuchungen sind im Minireaktor gemessene Dehnungen systematisch kleiner als manuell gemessene. Als mögliche Ursache werden Unterschiede im Auslaugverhalten experimentell untersucht. Zur Überprüfung der Einstufung der zwei Gesteinskörnungen erfolgen außerdem Referenzprüfungen in der Nebelkammerlagerung bei 40 °C.

Automated ASR Concrete Prism Testing at 60 °C
The Concrete Prism Test at 60 °C (60 °C-CPT) is a common method to evaluate the susceptibility of concrete and aggregates to the Alkali-Silica Reaction (ASR). This paper presents a new device for an automated version of the 60 °C-CPT. The system monitors the expansion of concrete prisms automatically. Compared to the conventional test method, effort and time consumption are notably reduced. The nearly continuous recording of expansion signals allows for studying of ASR-mechanisms in more detail than the conventional test. In addition, the interruptions of ASR-provoking storage, necessary for manual measurements, are avoided. The presented study compares results of conventional and automated testing of two types of aggregate. In accordance with previous findings, continuously stored prisms generally expand less than the conventionally tested prisms. To find a possible explanation, differences in leaching of alkali from the concrete prisms were quantified. For verifying the alkali-reactivity of the two aggregates, they were also classified in the fog chamber test at 40 °C, the German reference method.

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Stieler, David; Schwinn, Tobias; Menges, AchimAutomatisierte Bauteilzerlegung für Betonfertigteile aus additiv hergestellten SchalungenBeton- und Stahlbetonbau5/2022324-332Aufsätze

Kurzfassung

Eine präzise, adaptive und individuelle Fertigung ermöglicht einen hohen Grad an Bauteildifferenzierung, die somit hocheffiziente und lastadaptierte Strukturen für den Betonfertigteilbau zugänglich macht. Während Fortschritte von Fertigungsseite durch zahlreiche Projekte in Forschung und Industrie demonstriert werden, so sind zugehörige Planungswerkzeuge weniger entwickelt. Um das volle Potenzial digitaler Fertigungsprozesse nutzen zu können, sind daher computerbasierte Methoden erforderlich, welche die flexible Anpassung von Bauteilgeometrien erlauben und eine fertigungsgerechte Planung ermöglichen. Die Modularisierung von Betonstrukturen muss den Anforderungen sowohl von Seiten der Tragfähigkeit wie auch der Fertigung gerecht werden. Planungswerkzeuge müssen diese Komplexität abbilden können. Simulationsbasierte Methoden, welche modularisierte Baustrukturen als komplexes System bauteilspezifischer Wechselwirkungen abbilden, bieten die Möglichkeit, bereits früh die Konsequenzen von Entwurfs- und Planungsentscheidungen abschätzen zu können. Dieser Beitrag zeigt einen agentenbasierten Planungsansatz auf, welcher insbesondere die additive Fertigung von Schalungen als Ergänzung bestehender Produktionskonzepte berücksichtigt. Die geometrischen Grundlagen für die simulationsbasierte Zerlegung von Bauteilen werden dargestellt und in einen durchgehenden Planungsprozess integriert.

Automated modularization for precast elements from additively manufactured formwork
Current developments in research and practice show the expansion of existing production concepts in precast concrete construction through digitally controlled and largely automated manufacturing processes. Precise, adaptive, and individual production enables a high degree of differentiation for building components, making highly efficient and load-adapted structures accessible for precast concrete construction. While progress in fabrication is demonstrated by numerous projects in research and industry, related planning tools are less developed. To exploit the full potential of digital fabrication processes, computational planning methods are required that allow the flexible adaptation of component geometries and enable production-oriented planning. The modularization of concrete structures has to meet multi-criteria requirements both from the point of load-bearing capacity and the fabrication of each individual module. This paper presents an agent-based planning approach, which addresses, in particular, the additive manufacturing of formwork as a complement to existing production concepts. The geometrical basics for the simulation-based decomposition building elements are presented and integrated into a continuous planning process.

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Suleiman, A.Automatisierte Dauerüberwachung von Bauwerksverformungen und Erfassung statischer Größen am Beispiel des Zwickauer DomsBautechnik3/1998168-179Fachthemen

Kurzfassung

Die Langzeitüberwachung von Formänderungen ausgewählter Bauteile nimmt bei der Tragsicherheitsbewertung und Erhaltung historisch bedeutsamer, gefährdeter Bauwerke eine wichtige Stellung ein. Bisher überwogen hierbei die klassischen, einfachen Methoden wie Gipsmarken, Schnurlote oder der Einsatz klassischer geodätischer Geräte. Mit der rapiden Entwicklung der computergestützten Meßtechnik können diese Messungen kontinuierlich und automatisch ablaufen, so daß damit zur Diagnose und Therapie geschädigter Bauwerke ein wertvolles und aussagefähiges Hilfsmittel zur Verfügung steht. Am Beispiel des Zwickauer Doms soll dies im folgenden demonstriert werden.

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Schaumann, Peter; Schürmann, Karsten; Dänekas, Christian; Rethmeier, Michael; Pittner, Andreas; Schippereit, ChristianAutomatisierte Fertigung von Hohlprofilknoten für Jacket-Gründungsstrukturen - Darstellung der schweißtechnischen Prozesskette sowie Berücksichtigung der Prozessparameter beim ErmüdungsnachweisStahlbau9/2018897-909Fachthemen

Kurzfassung

Die Entwicklung in der Offshore-Windenergie hin zu größeren, leistungsstärkeren Anlagentypen sowie die zeitgleich zunehmenden Wassertiefen der projektierten Windparks stellt u. a. Designer und Fertiger der Gründungsstrukturen der Windenergieanlagen vor wachsende Herausforderungen. Neben dem Gründungskonzept mittels XL-Monopiles rückt auch die Jacketgründung wegen der Kombination aus dem vergleichsweise geringen Materialverbrauch bei gleichzeitig hoher Steifigkeit in den Fokus. Der Fertigungsaufwand der Jackets ist verglichen mit Monopiles groß, kann jedoch durch die Kombination aus Standardrohren mit automatisiert gefertigten Jacketknoten reduziert werden. Vor diesem Hintergrund befasst sich dieser Beitrag mit der Prozesskette der automatisierten Fertigung von Hohlprofilknoten inklusive der Digitalisierung relevanter Fertigungsparameter sowie der optischen Erfassung der Schweißnahtgeometrie durch einen Linienlaser. Des Weiteren wird eine Methodik zur Analyse der gescannten Schweißnahtgeometrie anhand von drei Referenzstellen eines X-Knotens vorgestellt, mit der sowohl die Kerbradien als auch die Nahtanstiegswinkel bestimmt werden können. Abschließend werden die Geometrieparameter beim Ermüdungsnachweis nach dem Kerbspannungskonzept berücksichtigt und ihr Einfluss durch einen Vergleich mit dem Strukturspannungskonzept auf Basis äquivalenter Spannungskonzentrationsfaktoren quantifiziert.

Automated manufacturing of tubular joints for jacket support structures - Description of the welding process chain as well as integration of the process parameters within the fatigue design.
The development within the offshore wind energy sector towards more powerful turbines combined with increasing water depth for new wind parks is challenging both, the designer as well as the manufacturer of support structures. Besides XL-monopiles the jacket support structure is a reasonable alternative due to the high rigidity combined with low material consumption. However, the effort for manufacturing of the hollow section joints reduces the economic potential of jacket structures significantly. Therefore, a changeover from an individual towards a serial production based on automated manufactured tubular joints combined with standardized pipes has to be achieved. Hence, this paper addresses the welding process chain of automated manufactured tubular joints including digitization of the relevant manufacturing parameters such as laser scanning of the weld seam geometry. Additionally a methodology for the computation of the notch radius as well as the weld seam angle is presented based on the scanned profiles of three analysis points of an automated manufactured tubular X-joint. Subsequently, these parameters are considered within the notch stress approach based fatigue design and their impact is quantified by a comparison with the structural stress approach using equivalent stress concentration factors.

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Gaisser, H.Automatisierte Fertigungslinien für die Bearbeitung von Stahlbauprofilen.Stahlbau1/198822-26Fachthemen

Kurzfassung

Flexibel automatisierte Fertigungsanlagen setzen sich auch in der Bearbeitung von Stahlbauprofilen immer mehr durch. Zwei Varianten werden ausführlich beschrieben: Die separate Aufstellung der Bearbeitungsanlagen, verbunden durch automatisierte Fördereinrichtungen unter Zwischenschaltung hinreichend großer Puffer, gewährleistet größte Flexibilität und eine beliebige Änderung der Programmstruktur. Wenn das Produktionsprogramm eingeschränkt ist, können Kreissäge- und Profilbohrmaschine zu einem Bearbeitungszentrum zusammengestellt werden; diese Lösung zeichnet sich durch geringen Platz- und Personalbedarf aus. Für die Steuerung steht eine stahlbauspezifische Software zur Verfügung. Der Rationalisierungseffekt beruht auf der Personalersparnis sowohl im produktiven als auch im administrativen Bereich.

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Flotzinger, Johannes; Braml, ThomasAutomatisierte Klassifizierung von Schäden an Massivbrücken mittels Neuronaler NetzeBeton- und Stahlbetonbau10/2022786-794Aufsätze

Kurzfassung

Herrn Prof. Dr.-Ing. Manfred Keuser zur Vollendung seines 70. Lebensjahrs gewidmet
Vor dem Hintergrund eines alternden Bauwerksbestands sowie des stetigen Anstiegs des Schwerverkehrs ist eine regelmäßige und qualitativ hochwertige Bauwerksprüfung unabdingbar. Bei der Bewältigung dieser Aufgabe birgt die Zuhilfenahme digitaler Methoden im Rahmen der digitalisierten Inspektion (DI) großes Verbesserungspotenzial in Hinblick auf Wirtschaftlichkeit und Qualität. Ein wesentlicher Bestandteil der DI ist das automatisierte Erkennen von Schäden mit Künstlichen Neuronalen Netzen. Im Rahmen des Forschungsprojekts “Modellbasierte digitale Bauwerksprüfung - MoBaP” werden an der Universität der Bundeswehr München Neuronale Netze für die Klassifizierung von Schäden an Massivbrücken trainiert. Auf dem derzeit größten Open-Source-Datensatz (CODEBRIM) dieser Domäne erzielt das im Folgenden dargestellte Netz eine Exact Match Ratio von 74 % und definiert damit das aktuell beste Modell zur Multi-Target-Klassifizierung. Um auch Neuronale Netze für die Objektdetektion und semantische Segmentierung dieser Domäne zu trainieren, wird ein eigener Datensatz erstellt. Dadurch wird neben dem Klassifizieren auch das Lokalisieren der Schäden auf Bildern ermöglicht. In diesem Aufsatz erörtern die Autoren das Vorgehen zum Trainieren Neuronaler Netze für die Klassifizierung von Schäden an Massivbrücken und eine detaillierte Analyse von Testergebnissen. Außerdem werden die Entwicklung und der aktuelle Stand eines eigenen Datensatzes vorgestellt.

Automated Damage Classification on Concrete Bridges Using Convolutional Neural Networks
Against the background of an ageing structure stock and the constant increase in heavy traffic, frequent structural inspections of high quality are indispensable. In accomplishing this task, the use of digital methods within the framework of digitized inspections (DIs) offers great potential for improvement in terms of cost-effectiveness and quality. An essential component of DIs is the automated detection of damage with Convolutional Neural Networks (CNNs). As part of the research project “Model-Based Digital Structural Inspection - MoBaP”, CNNs are being trained at the University of the Bundeswehr Munich for the classification of defects occurring on concrete bridges. On this domain's currently largest open-source dataset (CODEBRIM), the best CNN achieves an exact match ratio of 74 % and thus currently defines a strong baseline. In order to also train neural networks for object detection and semantic segmentation in this domain, a separate dataset is created. This enables not only the classification but also the localisation of damage on images. In this paper, the authors discuss the procedure of training neural networks for the classification of defects on concrete bridges and show a detailed analysis of test results. In addition, the development and current status of their own dataset is presented.

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Wendler, Lea; Löschner, Daniel; Engelhardt, Imke; Telljohann, Gerd; Große-Soetebier, Carsten; Sigmund, Tilo; Neher, MichaelAutomatisierte Schweißnahtnachbehandlung durch höherfrequentes HämmernStahlbau7/2023418-426Aufsätze

Kurzfassung

Die Wirksamkeit der Schweißnahtnachbehandlung durch höherfrequente Hämmerverfahren (HFH) zur Steigerung der Ermüdungsfestigkeit wurde bereits durch eine Vielzahl von Studien belegt. Durch die robotergesteuerte Anwendung der HFH-Verfahren soll die Schweißnahtnachbehandlung in den Herstellprozess automatisiert geschweißter Bauteile integriert werden können und ein wirtschaftlicher Einsatz der HFH-Behandlung innerhalb der Serienfertigung ermöglicht werden. Zudem kann eine automatisierte Qualitätskontrolle in den Nachbehandlungsprozess eingebunden werden, die eine genauere Vermessung der Nahtgeometrie als konventionelle Messmethoden ermöglicht. Dieser Beitrag befasst sich mit der gerätespezifischen Entwicklung einer robotergesteuerten Anwendung der HFH-Nachbehandlung mit dem HiFIT-Gerät sowie einer automatisierten Qualitätskontrolle. Anschließend wird die Verifizierung der Wirksamkeit der automatisierten HFH-Nachbehandlung anhand von Ermüdungsversuchen und der Vermessung der Eindruckgeometrie dargestellt.

Automated post weld treatment by High Frequency Impact Treatment
The effectiveness of post weld treatment by High Frequency Mechanical Impact Treatment (HFMI) to increase the fatigue strength has already been proven by numerous studies. An automated application of HFMI-treatment can be integrated in the manufacturing process of automated welded constructions and enables an economical use of HFMI-treatment within series production. Furthermore, an automated quality control can be embedded in a robot-controlled HFMI-process, which enables a more precise measurement of the weld geometry than conventional measuring methods. This article covers the device-specific development of a robot-controlled application of HFMI-treatment by the HiFIT-tool as well as an automated quality control. Following, the verification of the effectiveness of an automated HFMI-treatment by fatigue tests and the measurement of the geometry of the HFMI groove is presented.

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Dänekas, Christian; Heikebrügge, Steffen; Kulikowski, Jan; Heide, Klaas Maximilian; Schaumann, Peter; Breidenstein, Bernd; Bergmann, BenjaminAutomatisierte Schweißnahtnachbehandlung für Offshore-WindenergieanlagenStahlbau10/2022683-695Aufsätze

Kurzfassung

Für die Umsetzung der klimapolitischen Ziele ist eine wirtschaftliche und ressourcenschonende Bauweise von Offshore-Windenergieanlagen (OWEA) dringend erforderlich. Die Erhöhung der anzusetzenden Ermüdungsfestigkeit durch den Einsatz hochfester Stähle und durch die Anwendung von Schweißnahtnachbehandlungsmethoden bietet großes Potenzial zur Senkung des Materialeinsatzes und der Kosten bei Monopiles. Speziell in der automatisierten Fertigungskette der OWEA bieten sich automatisierte Prozesse wie das Festwalzen an. Festwalzen ist ein im Maschinenbau etabliertes mechanisches Bearbeitungsverfahren zur Erhöhung der Verschleiß- und Ermüdungsfestigkeit von metallischen Komponenten. Der vorliegende Aufsatz stellt Ergebnisse des Festwalzens als neuartige Nachbehandlungsmethode zur Erhöhung der Ermüdungsfestigkeit von Schweißnähten dar. Es werden die Oberflächen- und Randzoneneigenschaften UP-geschweißter Stumpfnahtstöße aus einem Baustahl der Güte S355MLO vor und nach dem Festwalzen gezeigt. Um den Einfluss des Festwalzens auf die Nahtgeometrie zu quantifizieren, werden zusätzlich Ergebnisse von Messungen mit einem Laserliniensensor dargestellt. Abschließend werden die Ergebnisse der Ermüdungsversuche diskutiert, die das große Potenzial des Festwalzprozesses als Schweißnahtnachbehandlungsmethode aufzeigen.

Automated post weld treatment for offshore wind turbines
A more economical and resource-saving construction of offshore wind energy converters (OWEC) is necessary in order to implement climate policy objectives. The increase of the fatigue resistance by using high-strength steels and by applying post-weld treatment methods offers great potential for reducing the use of materials and costs for monopiles. Specifically, in the automated OWEC manufacturing chain, automated processes such as deep rolling are a suitable option. Deep rolling is an established process in mechanical engineering for increasing the wear and fatigue resistance of metallic components. This paper presents results of deep rolling as a new post treatment method to increase the fatigue strength of welds. The surface and subsurface zone properties of submerged arc welded butt joints made of a structural steel grade S355MLO before and after deep rolling are shown. In order to quantify the influence of deep rolling on the weld geometry, measurements of a laser line sensor are presented. Finally, the results of fatigue tests are discussed, which show the great potential of the deep rolling process as a post weld treatment method.

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Hussung, Dieter R.; Kurz, Jochen H.; Stoppel, MarkusAutomatisierte zerstörungsfreie Prüftechnik für großflächige StahlbetontragwerkeBeton- und Stahlbetonbau12/2012794-804Fachthemen

Kurzfassung

Eine Vielzahl zerstörungsfreier Prüfverfahren hat in den letzten Jahren Einzug in die Bauwerksuntersuchung gehalten. Um die Aussagekraft der Einzelverfahren zu erhöhen und den wirtschaftlichen Einsatz weiter voranzubringen, lag es nahe, die Verfahren kombiniert auf einer automatisierten Plattform zu montieren. Zu diesem Zweck wurde das BetoScan-System entwickelt. Um weitere Erfahrungen mit dem BetoScan-System zu erhalten, wurde ein langjährig genutztes Parkhaus aus Stahlbeton mit Gussasphaltfahrbahn als Untersuchungsobjekt ausgewählt. Bei der experimentellen Bauwerksuntersuchung wurden die Verfahren Wirbelstrom, Radar, Ultraschall und Mikrowelle zum Einsatz gebracht. Von der Anwendung des Systems und der Auswertung der Ergebnisse wird in diesem Beitrag berichtet.

Automated non-destructive inspection techniques for large reinforced concrete constructions - an example of use
In recent years a variety of non-destructive evaluation methods are more and more used for the inspection of constructions. Increasing the information value of inspections and the economic aspects of applications leads to a combination of methods on an automated system. Therefore, the BetoScan robot was developed. Gaining more experience in applications was realized with the inspection of a car park which was unused for several years. The building was made of reinforced concrete with melted asphalt as floor coating. Within the frame of the inspections eddy current, radar, ultrasound and microwaves were used. The application of the BetoScan system and the results are presented in this article.

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Streicher, D.; Kohl, C.; Wiggenhauser, H.; Taffe, A.Automatisierte zerstörungsfreie Zustandsuntersuchungen von BrückenbauwerkenBeton- und Stahlbetonbau5/2006330-342Fachthemen

Kurzfassung

Zerstörungsfreie Prüfverfahren im Bauwesen werden zunehmend für großflächige und detaillierte Zustandsuntersuchungen von Bauwerken angewendet. Für gezielte Untersuchungen von spanngliedführenden Bereichen mit einem Schadensverdacht in Spannbetonbauwerken eignen sich die Prüfverfahren Ultraschallecho, Impakt-Echo und Radar. Eine nennenswerte Verbesserung der Ergebnisse und deren Interpretation wurde in den letzten Jahren durch die weiterführende Datenauswertung mit Hilfe von 3D-Rekonstruktionsrechnungen und der Kombination von Meßdaten durch Datenfusion erreicht. Die Anwendung der Verfahren mit automatisierter Meßwerterfassung wird für Fahrbahnplatten und Hohlkastenstege dargestellt und diskutiert. Ergebnisse einer Meßunsicherheitsbetrachtung und deren Bedeutung werden an einer Fundamentplatte aufgezeigt.

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Roske, Thomas; Lipowsky, Justus; Palzer, Ulrich; Eden, Wolfgang; Schäfers, Martin; Lemmen, Patrik; Heidel, Robin; Boumann, Roland; Spengler, Arnim; Bruckmann, TobiasAutomatisierter Bau von Kalksandstein-Mauerwerk mit SeilroboternMauerwerk2/202182-89Berichte

Kurzfassung

Seilroboter stellen einen innovativen und vielversprechenden Ansatz bei der Digitalisierung und Automatisierung im Mauerwerksbau dar. Zudem verfügen sie über das Potenzial, die Verarbeitung von Mauersteinen zu revolutionieren. Denn der Einsatz von Seilrobotern eröffnet die Möglichkeit, große Bauvolumina auch bei komplexen Geometrien und reduziertem Personaleinsatz in kürzester Zeit zu errichten. Damit steigt perspektivisch nicht nur die Produktivität in den Bauunternehmen, es wird auch dem Mangel an qualifizierten Fachkräften entgegengewirkt und das Image der Branche insgesamt verbessert.
An der praktischen Umsetzung der Digitalisierung und Automatisierung im Mauerwerksbau mittels Seilroboter arbeitet seit dem 1. Februar 2019 die Forschungsvereinigung Kalk-Sand e.V. gemeinsam mit dem Lehrstuhl für Mechatronik und dem Institut für Baubetrieb und Baumanagement der Universität Duisburg-Essen sowie dem IAB - Institut für Angewandte Bauforschung Weimar gGmbH.
Der vorliegende Beitrag gibt einen Einblick in die Realisierung eines Funktionsmusters eines Seilroboters inklusive einer Bemörtelungseinrichtung, mit dem das automatisierte Mauern anhand eines eingeschossigen Mustergebäudes demonstriert werden soll.

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Automatisiertes LiegenschaftsbuchBautechnik10/1999943EDV im Bauwesen

Kurzfassung

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Seiffert, V.Automatisierung im rechnergestützten Rohrvortrieb.Bautechnik2/1995133-134Berichte

Kurzfassung

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Westermann, Konrad; Meier, Jörg; Pitteloud, LaurentAutomatisierungsaspekte bei der Planung von Baugrube und Gründung eines ForschungszentrumsBautechnik12/2020878-885Berichte

Kurzfassung

Im Zuge der Planung und Ausführung der Baugrube und Gründung des zukünftigen Forschungszentrums von Roche in Basel wurden viele Herausforderungen bewältigt, indem automatisierte Verfahren und digitale Methoden konsequent im Spezialtiefbau angewendet wurden. Das Projekt befindet sich innerstädtisch am Rande des Industrie- und Forschungsareals von Roche mit sensibler Nachbarbebauung. Oberirdisch besteht das Forschungszentrum aus vier Gebäuden mit von Westen nach Osten zunehmenden Höhen von 18 bis 115 m. Diese vier Gebäude sind durch einen gemeinsamen, 140 m langen, 70 m breiten und 22 m tiefen sechsstöckigen Kellerkasten verbunden. Am Standort wurde bereits in den 1970er-Jahren eine Schlitzwand für eine Baugrube mit gleichen Abmaßen erstellt. Zur Reduktion von Bauzeit und Investitionskosten wurde diese 45 Jahre alte Schlitzwand als Baugrubensicherung reaktiviert und der vorhandene Kellerkasten durch einen Neubau ersetzt. Die bestehende Schlitzwand wurde mit bis zu fünf Ankerlagen gegen den Erddruck und den 12 m hohen Wasserdruck im Baugrund gesichert. Die Gründung wurde als kombinierte Pfahl-Plattengründung (KPP) mit einer 1,5 m mächtigen Bodenplatte und 178 Großbohrpfählen bemessen. Die Großbohrpfähle mit einem Durchmesser von 1,2 m und Längen von 10 bis 28 m wurden 12 m unter dem Grundwasserspiegel von der Baugrubensohle aus hergestellt. Durch die Automatisierung der KPP-Iteration wurden der Berechnungsaufwand für die Planer und die Kosten für den Bauherrn deutlich reduziert.

Excavation pit and foundation of a research center
During planning and construction of the excavation pit and foundation of the new research center of Roche in Basel (Switzerland), several challenges have been solved by applying automated procedures and digital methods in civil engineering. The project is located in an urban area on the periphery of the industrial and research site of Roche with sensitive neighbouring buildings. Above ground, the research center consists of four buildings with heights increasing from west to east between 18 and 115 m. These four buildings share a 140 m long, 70 m wide and 22 m deep six-storey basement. At site, a diaphragm wall was constructed in the 1970s for an excavation pit with the same dimensions. This 45-year-old diaphragm wall has been reactivated as excavation pit support for cost- and time-saving reasons and the existing basement had to be replaced by a new one. The existing diaphragm wall was secured with up to five anchor layers to withstand the earth pressure and the 12 m high water pressure in the highly permeable subsoil. The foundation was designed as a combined piled raft foundation (CPRF) with a 1.5 m thick raft and 178 heavy-duty bored piles. The heavy-duty bored piles with a diameter of 120 cm and lengths of 10 to 28 m were constructed 12 m below groundwater level from the bottom of the excavation pit. By automating the CPRF iteration procedure the planning expenses and the construction costs were significantly reduced.

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Bock, T.; Blaser, Ch.; Gebhart, F.Automatisierungsgerechtes Planen und Konstruieren für computerintegriertes Bauen.Bautechnik3/1992118-124Fachthemen

Kurzfassung

Ziel dieser Arbeit ist es, Architekten und Ingenieuren, die sich mit Baukonstruktion/-Entwurf und Teilen davon befassen, einen Überblick und Leitlinien für "automatisierungsgerechte Planung, Entwicklung und Gestaltung von Bauteilen und Gebäuden" in die Hand zu geben. Ein großer Teil der Baukosten wird schon in der Entwurfs- und Planungsphase festgelegt. Deshalb sollten alle Arbeitsschritte bis hin zur Montage auf der Baustelle schon frühzeitig berücksichtigt werden. Moderne Bauwerke bestehen aus vielen Subsystemen, deren Koordination und integrierte Betrachtung unumgänglich ist für einen automationsgerechten Entwurf und eine automatisierte Ausführung. Um geometrisch genau bestimmbare Zustände auf der Baustelle zu erhalten, müssen alle Bauteile nicht nur geometrisch sondern auch in ihren Materialeigenschaften genau definiert sein. Das Problem variierender Genauigkeiten kann gelöst werden durch den Entwurf selbst zentrierender Bauteile auf der Basis der hier vorgestellten Konstruktions- und Entwurfsprinzipien.

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