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Autor(en)TitelZeitschriftAusgabeSeiteRubrik
Zhang, Boshan; Chen, Weizhen; Xu, JunShear behaviour of girders with trapezoidal corrugated steel webs - an experimental studyStahlbau8/2018810-819Fachthemen

Kurzfassung

Presently, numerical analysis of the finite element method and small-scale tests are commonly adopted in researches on the shear behaviour of girders with corrugated steel webs, but these two methods are unable to deal well with the effects of construction flaws in actual structures. Besides, in the case of girders with trapezoidal corrugated webs, most studies took steel I-shaped specimens with vertical webs and thin flanges as research objects, and these cannot represent girders with inclined webs or composite flanges. Therefore, a full-scale corrugated steel web girder with inclined flanges was tested. The failure mode and shear strength of the girder were investigated. The results show that the shear resistance of flanges should not be ignored. Out-of-plane deformation develops in the web from the start of loading owing to initial geometric imperfections, and buckling failure occurs in areas where out-of-plane deformation develops fastest.

Scherverhalten von Balken mit Stegen aus Trapezblech - eine experimentelle Studie.
In Forschungsarbeiten zum Scherverhalten von Balken mit Trapezblechstegen kommen gegenwärtig üblicherweise numerische Analysen mit der Finite-Elemente-Methode und kleinmaßstäbliche Versuche zur Anwendung. Allerdings können diese beiden Methoden kaum die Auswirkungen von Konstruktionsfehlern in realen Tragwerken berücksichtigen. Außerdem wurden in den meisten Studien an Balken mit Trapezblechstegen Doppel-T-Träger mit senkrechten Stegen und dünnen Flanschen als Forschungsobjekte verwendet, die ungeeignet sind, Balken mit geneigten Stegen oder Verbundgurten zu repräsentieren. Deshalb wurde ein Balken mit Trapezblechsteg und geneigten Flanschen im Originalmaßstab geprüft. Untersucht wurden der Versagensmodus und die Scherfestigkeit des Balkens. Die Ergebnisse zeigen, dass die Querkrafttragfähigkeit der Flansche nicht vernachlässigt werden darf. Die Out-of-Plane-Verformung beginnt aufgrund anfänglicher geometrischer Unvollkommenheiten mit der Belastung des Stegs. Knickversagen tritt in denjenigen Bereichen auf, in denen die Out-of-Plane-Verformung am schnellsten fortschreitet.

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Zhang, Boshan; Chen, Weizhen; Xu, JunLoad effect and fatigue damage of bridges under combined actions of traffic and wind: a case studyStahlbau4/2016281-291Fachthemen

Kurzfassung

Study of load effects on bridges with large windward sides has to consider not only passing vehicles but also wind actions. This paper concerns the method to calculate actual load effect and fatigue damage under combined actions of traffic and wind, taking one of the steel rods of Anyang Bridge as an example project. Firstly, internal force time-history of the rod was simulated based on measured data of traffic load and wind field. Then, extreme values of internal force of the rod were extrapolated using an improved method based on level crossing, and stress spectra of three fatigue-prone details on the rod were gained using the rain-flow method. Finally, the rod was checked under ultimate limit state and fatigue limit state, respectively. It was found that characteristic values of internal force of the rod under combined actions of traffic and wind increased from +5 849/-4 063 kN (considering vehicle actions alone) to +6 350/-5 466 kN and the maximum damage degree of fatigue-prone details increased from 0.61 (considering vehicle actions alone) to 0.63. These results suggest that wind load contributes a significant increase to internal force characteristic values of the rod but a small increase to fatigue damage. However, high stress amplitudes due to wind load do not allow infinite life design. The actual load level is much higher than that prescribed in the design code. Hence, wind actions should be fully considered.

Lasteinwirkung und Ermüdungsschäden an Brücken unter kombinierter Belastung von Verkehr und Wind: Eine Fallstudie.
Bei Untersuchungen zu Lasteinwirkungen bei Brücken mit großer Windangriffsfläche müssen neben den Verkehrseinwirkungen auch die Windeinwirkungen berücksichtigt werden. Der vorliegende Beitrag erörtert anhand eines Stahlstabes der Anyang Bridge beispielhaft ein Verfahren zur Berechnung der tatsächlichen Lasteinwirkung und Ermüdungsschäden infolge kombinierter Einwirkung von Verkehr und Wind. Zunächst wurde anhand von Messdaten zu Verkehrslast und Windfeld die zeitliche Entwicklung der Schnittkraft des Stabes simuliert. Anschließend wurden anhand der verbesserten Methode auf Basis des Last-Kollektivs (Klassengrenzen-Überschreitungen) die Extremwerte der inneren Kräfte des Stabes extrapoliert. Die Belastungsspektren dreier ermüdungsanfälliger Details des Stabes wurden anhand des Rainflow-Verfahrens ermittelt. Abschließend wurde der Stab im Grenzzustand der Tragfähigkeit bzw. im Grenzzustand der Ermüdungsfestigkeit geprüft. Es wurde festgestellt, dass die charakteristischen Werte der Schnittkraft des Stabes unter kombinierter Einwirkung von Verkehrs- und Windlast von 5 849/-4 063 kN (bei ausschließlicher Betrachtung der Verkehrslast) auf 6 350/-5 466 kN anstiegen. Der maximale Schadensgrad ermüdungsanfälliger Details stieg von 0,61 (bei ausschließlicher Betrachtung der Verkehrslast) auf 0,63. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Windlast erheblich zum Anstieg der charakteristischen Werte der Schnittkraft des Stabes beiträgt und einen kleinen Anteil am Anstieg der Ermüdungsschäden hat. Dennoch erlauben die hohen Belastungsamplituden infolge der Windlast keine Auslegung für unbegrenzte Lebensdauer. Die tatsächliche Belastung ist deutlich höher als nach der Bemessungsnorm zulässig. Windeinwirkungen sind daher in vollem Umfang zu berücksichtigen.

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Zhang, Chun-LiangDeformation of clay rock under THM conditionsGeomechanics and Tunnelling5/2015426-435Topics

Kurzfassung

As a potential host rock for deep geological disposal of radioactive waste, the Callovo-Oxfordian and Opalinus clay rocks have been extensively investigated in the laboratory with respect to deformation under various thermo-hydro-mechanical conditions: (1) stresses covering the range from the initial lithostatic state to redistributed levels after excavation, (2) humidity variations representing ventilation during operation of tunnels as well as water migration from the far-field and (3) heating from ambient temperature up to 100 °C and a subsequent cooling phase. For these highly consolidated clay rocks, a new concept is theoretically derived to explain the effective stress in the particle matrix and experimentally confirmed. The mechanical deformation of the clay rocks is determined by means of short- and long-term compression experiments on quasi water-saturated samples at ambient temperature. Reponses of the clay rocks to humidity changes are examined by drying and wetting the samples under different loading conditions. Thermal effects are studied by heating and cooling the stressed samples under drained and undrained conditions. The main findings are presented and discussed in this paper.

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Zhang, Min; Wan, Tianbao; Wang, YingliangThe Design of Langqi Min River Bridge, Fuzhou, ChinaSteel Construction4/2012244-249Reports

Kurzfassung

One key project in the Chinese city of Fuzhou is Langqi Min River Bridge, which connects the business and technology district with downtown Fuzhou. The main bridge is a twin-pylon cable-stayed structure with a main span of 680 m and a steel box girder. This paper presents the detailed design features of the bridge, including foundations, anti-ship collision devices, pylons, steel box girder and stay cables.

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Zhang, WeiExperimental study on fatigue behaviour of CFRP plates externally bonded to concrete substrateStructural Concrete2/2016235-244Technical Papers

Kurzfassung

The behaviour of the bond between fibre-reinforced polymers (FRP) and concrete greatly influences the behaviour of concrete structures strengthened with FRP composites. Although numerous experimental studies have investigated this bond, experimental data concerning fatigue tests on carbon FRP plates attached to concrete blocks are still lacking. Therefore, a series of double-lap shear tests under monotonic and fatigue loadings were performed on concrete prismatic specimens reinforced with CFRP plates. First, a series of experimental investigations are summarized. Thereafter, the fatigue behaviour of CFRP plate debonding is characterized using S-N diagrams that represent the relationship of the upper-limit fatigue load with the monotonic load strength and the number of cycles to debonding on a semi-logarithmic scale.

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Zhang, Wei; Wu, Mengxue; Zhu, JinEvaluation of vehicular dynamic effects for the life cycle fatigue design of short-span bridgesSteel Construction1/201737-46Articles

Kurzfassung

Dedicated to Prof. Dr. Akimitsu Kurita on his 70th birthday
In current bridge design codes or specifications, the dynamic effects of vehicles are considered by using a dynamic amplification factor (DAF) or dynamic load allowance (IM). However, a DAF is defined based on the ratio of the maximum dynamic load responses to the static load responses, and it is more appropriate for maximum value-based strength design. For fatigue design, stress cycles other than the maximum stress ranges could contribute to fatigue damage accumulations. Meanwhile, on the capacity side, a reduction in fatigue strength due to structural deterioration, which is related to local environmental conditions, including temperature, humidity, etc., could introduce more uncertainties into structural safety and reliability evaluation. However, such multiple stress range effects and structural deterioration are not included in current bridge fatigue design. To evaluate the vehicular dynamic effects for the life cycle fatigue design of short-span bridges, the present study proposes a new dynamic amplification factor for life cycle bridge fatigue design (DALC), which is defined as the ratio of the life cycle nominal live load stress range to the maximum static stress range. In contrast to other traditionally defined dynamic factors, the newly defined DALC includes information about both the structural loading and the structural capacity. Therefore, the multiple stress cycles from vehicle-induced vibrations and the structural deteriorations from road surface conditions and corrosion of structural members are included. Parametric studies of DALC were carried out for multiple parameters and variables in the bridge's design life cycle, for instance, possible faulting days in each year, fatigue strength exponent, corrosion parameters and corrosion level. The stochastic properties and uncertainties from these variables are also considered in the DALC calculation.

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Zhang, Xi; Rasmussen, KimTests of cold-formed steel portal frames with slender sectionsSteel Construction3/2014199-203Articles

Kurzfassung

Cold-formed steel sections are widely used in many applications such as structural frames, scaffolding systems, purlins and storage racks. In particular, cold-formed steel portal frames can be an alternative to conventional hot-rolled steel portal frames for industrial, rural and residential low rise buildings. The advantages of using cold-formed steels include a higher strength-to-weight ratio and reduced material, erection and transportation costs.
Over the past two decades a number of researchers [1] to [3] have undertaken tests on cold-formed steel portal frames. The tests mainly focused on the behaviour of joints, and employed relatively stocky sections. Hence, they provided little insight into the effects of cross-sectional instability on the overall stability of the frame.
In this paper, three portal frame tests are described, the main purpose of which was to study the effect of cross-sectional instability on the two-dimensional sway failure of cold-formed steel. The tests demonstrated significant local and distortional buckling before reaching the ultimate load. Finite element models were calibrated against the tests. The calibrated models therefore can be used for a parametric study to investigate the significance of the additional second-order effects caused by local/distortional bucking. The paper details the tests and the numerical simulations.

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Zhao, Mosha; Mehra, Schew-RamUntersuchung der natürlichen Lüftung in traditionellen GebäudenBauphysik6/2017340-351Fachthemen

Kurzfassung

Traditionelle Gebäude sind durch die Verbindung baulicher Anforderungen und soziokultureller Bedürfnissen einer Gesellschaft gekennzeichnet. Die Nutzung natürlicher Ressourcen, wie Wind zur Kühlung und Lüftung, stellt dabei ein besonderes Merkmal traditioneller Bauweisen dar. In diesem Beitrag werden vorhandene analytische und numerische Methoden zur Untersuchung der natürlichen Lüftung in Gebäuden vorgestellt und diskutiert. Schwächen gängiger analytischer Methoden, wie die Volumenstrommodelle (“Envelope flow models”), für Bauwerke mit großen Öffnungen werden aufgezeigt. Bei komplexen Gebäudestrukturen sind Methoden dieser Art nicht einfach anwendbar. Hierfür sollen andere Methoden, wie die CFD-Simulation, zum Einsatz kommen. Für die Validierung der CFD-Simulation wird im Anschluss auf zwei bereits durchgeführte Experimente zurückgegriffen. Die Ergebnisse können das Strömungsverhalten infolge des Windes sowie den thermischen Auftrieb in den untersuchten Beispielen realitätsnah wiedergeben. Im Anwendungsbeispiel wird für den weiteren Einsatz der CFD-Simulation ein Gebäude mit Windturm dargestellt und diskutiert. Somit sollen Grundlagen für weitere Untersuchungen der natürlichen Lüftung für klima- und kulturgerechte Bauten geschaffen werden.

Investigation of the natural ventilation in traditional buildings:
Traditional buildings are characterised by the integration of construction requirements and socio-cultural needs of one society. The use of natural resources such as wind for cooling and ventilation provides a remarkable example of such building designs. In this paper, existing analytical and numerical methods investigating the natural ventilation in buildings are introduced and discussed. Weaknesses of common analytical methods, such as envelope flow models for buildings with large openings, are demonstrated. These methods are not suitable for complex building structures. As a result, other methods like CFD-Simulation should be applied. Validations are carried out based on existing experimental measurements consequently. It turns out that the CFD-simulation can produce very good results and can predict the wind flow behavior and buoyancy effect very accurately to certain degree in investigated cases. Furthermore, one application example for further use of CFD in building with wind catcher is presented and discussed. This should serve as the basis for further investigations of natural ventilation for climate and culture adapted constructions.

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Zhao, Xiao-Ling; Heidarpour, Amin; Gardner, LeroyRecent developments in high-strength and stainless steel tubular members and connectionsSteel Construction2/201465-72Article

Kurzfassung

This paper reports on recent developments in high-strength and stainless steel tubular members and connections. It includes carbon steel tubes with a yield stress up to 1350 MPa and stainless steel tubes. The paper describes high-strength tubes in terms of residual stresses, material properties at elevated temperatures, member behaviour, welded connections under static loading, fatigue strength of welded connections, fabricated sections utilizing high-strength steel tubes and stainless steel tubular members and connections.

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Zhao, Yuxi; Zhang, Dawei; Shen, Shijun; Ueda, TamonAxial loading capacity of concrete-jacketed RC columns with pre- and post-corrosion damageStructural Concrete3/2016355-364Technical Papers

Kurzfassung

The main objective of this study is to investigate the effect of pre- and post-jacketing corrosion and loading damage on concrete-jacketed reinforced concrete (RC) columns under uniaxial loading and to develop a methodology for predicting the corresponding compressive strength. The pre- and post-damage involved preloading up to 50 % of the peak load of the core column, an electrochemical process to accelerate the migration of chlorides from an external electrolyte into the test columns and a wetting-drying cycle process with a controlled current to speed up the corrosion of the steel reinforcing bars in the test columns. Uniaxial loading tests were performed to determine the structural performance of the concrete-jacketed columns with and without corrosion damage. The failure mode and load-displacement and load-strain responses of the test columns were recorded, and the related mechanisms are discussed. A model capable of evaluating the compressive strength of unjacketed or jacketed RC columns with and without corrosion damage was then developed. The analytical approach considered the effect of reinforcement corrosion on the effective loadbearing area of the concrete and the confinement effect of the stirrups. The analytical results agree well with the experimental results, indicating the reliability and effectiveness of the models developed.

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Zheng, Yue; Chen, Bo; Chen, WeizhenEvaluation of the seismic responses of a long-span cable-stayed bridge located in complex terrain based on an SHM-oriented modelStahlbau4/2015252-266Fachthemen

Kurzfassung

Long-span cable-stayed bridges often have multiple supports separated by certain distances. If a long-span bridge is located in a complex terrain with different local soil conditions, the spatial variability may result in quantitative and qualitative differences in seismic responses compared with those produced by synchronous motion at all supports. To conduct such a multi-support excitation analysis of a long-span bridge, the ground motion excitations at different supports of the bridge are traditionally reproduced using the unconditional simulation technique, which cannot reflect the realistic propagation of ground motions at the site where the bridge is located. In addition, the finite element model of a cable-stayed bridge cannot be calibrated before conducting the seismic analysis. Heretofore the difference in seismic responses between the FE model and an alternative model has not been investigated systematically. Furthermore, seismic response analyses of long-span bridges using in situ ground motions are very rare.
Therefore, this paper proposes an analytical approach for conducting the seismic response analysis of a long-span cable-stayed bridge subjected to non-uniform ground motions based on the updated FE model with the aid of a bridge structural health monitoring (SHM) system. The model updating approach is developed on the basis of the static and dynamic sensitivity analyses in order to establish the SHM-oriented model. The excitations at all the supports of the bridge undergo conditional simulation based on the measured ground motions at limited points.
A real long-span cable-stayed bridge is taken as an example to examine the feasibility and validity of the proposed approach. The observations made indicate that the seismic responses based on the SHM-oriented model are different to those based on the original FE model. The non-uniform seismic responses are substantially different from those of the uniform seismic responses.

Beurteilung der Erdbebenreaktionen einer Schrägseilbrücke mit großer Spannweite bei uneinheitlichen Bodenbeschaffenheiten auf Basis eines SHM-orientierten Modells.
Schrägseilbrücken mit großer Spannweite besitzen oft mehrere Pfeiler in bestimmten Abständen. Bei Schrägseilbrücken mit großer Spannweite können unterschiedlich schwierige Bodenbeschaffenheiten zu qualitativen und quantitativen Unterschieden der Erdbebenreaktionen im Vergleich zu einem an allen Pfeilern einheitlichen Untergrund führen. Zur Durchführung einer Erdbebenbemessung für eine Brücke mit großer Spannweite und mehreren Pfeilern werden die Schwingungsanregungen durch die Bodenbewegung unter den Pfeilern bisher mit einer Simulation erzeugt. Diese Methode kann jedoch die Ausbreitung der Bodenbewegungen am realen Standort der Brücke nicht wirklich abbilden. Darüber hinaus kann das Finite-Elemente-Modell einer Schrägseilbrücke nicht vor der Durchführung der seismischen Analyse kalibriert werden. Weiterhin wurden die Unterschiede der Erdbebenreaktionen zwischen der FE-Modellierung und einem alternativen Modell bisher noch nicht systematisch untersucht. Zudem erfolgte die Erdbebenbemessung von Brücken mit großer Spannweite nur selten unter Berücksichtigung der je Pfeiler am Standort real unterschiedlichen Bodenbewegungen.
Daher wird in diesem Beitrag ein analytischer Ansatz für Erdbebenreaktionen von Schrägseilbrücken mit großer Spannweite vorgeschlagen, die uneinheitlichen Bodenbewegungen ausgesetzt sind. Dieser Ansatz basiert auf einem aktualisierten FE-Modell in Verbindung mit einem structural health monitoring (SHM)-System (System zur Strukturüberwachung der Brücke). Der Ansatz des aktualisierten Modells wurde auf der Basis der statischen und dynamischen Empfindlichkeitsanalysen entwickelt, um ein SHM-orientiertes Modell zu erstellen. Die Anregungen an den Brückenpfeilern sind auf Basis von an einer begrenzten Anzahl von Punkten gemessenen Bodenbewegungen simuliert worden.
Die Untersuchung der Durchführbarkeit und der Gültigkeit des vorgeschlagenen Ansatzes erfolgte an einer realen Schrägseilbrücke mit großer Spannweite. Die Ergebnisse zeigen Unterschiede zwischen dem SHM-orientierten Modell und dem ursprünglichen FE-Modell. Die Erdbebenreaktionen unterscheiden sich grundlegend.

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Zhou, D.Besonderheiten von Durchlaufverbundträgern mit StegöffnungenStahlbau5/2004356-359Fachthemen

Kurzfassung

Die Ergebnisse einer nichtlinearen FE-Berechnung eines Durchlaufverbundträgers mit Stegöffnung werden vorgestellt. Dabei zeigen sich beim Tragverhalten einige Besonderheiten, die man bei der Bemessung solcher Träger beachten sollte.

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Zhou, D.Tragverhalten von Einfeldverbundträgern mit StegöffnungenStahlbau3/2004170-174Fachthemen

Kurzfassung

Angesichts der nur wenigen vorliegenden rechnerischen Untersuchungen von Einfeldverbundträgern mit Stegöffnungen werden hier Ergebnisse der nichtlinearen Nachrechnungen von Versuchsträgern mit einer Stegöffnung präsentiert. Hieraus lassen sich einige interessante Erkenntnisse ableiten.

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Zhou, D.Ein Rechenverfahren von Verbundträgern mit Stegöffnungen - Teil 2Stahlbau10/2003744-747Fachthemen

Kurzfassung

Ein Ingenieurmodell zur Berechnung der Tragfähigkeit von Verbundträgern mit Stegöffnungen wurde mit Anwendung des Traglastverfahrens hergeleitet. Die Herleitung erfolgte unter Ausnutzung der Gleichgewichtsbedingungen und ist leicht nachvollziehbar. Einige Beispiele wurden mit dem Rechenmodell berechnet. Dabei lassen sich die Tragfähigkeit und Tragverhalten anschaulich darstellen.

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Zhou, D.Ein Rechenverfahren für Verbundträgern mit Stegöffnungen - Teil 1Stahlbau9/2003626-634Fachthemen

Kurzfassung

Ein Ingenieurmodell zur Berechnung der Tragfähigkeit von Verbundträgern mit Stegöffnungen wurde mit Anwendung des Traglastverfahrens hergeleitet. Die Herleitung erfolgte unter Ausnutzung der Gleichgewichtsbedingungen und ist leicht nachvollziehbar. Einige Beispiele wurden mit dem Rechenmodell berechnet. Dabei lassen sich die Tragfähigkeit und Tragverhalten anschaulich darstellen.

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Zhou, Donghua; Pahn, Matthias; Kurz, WolfgangBeitrag zur Berechnung von Verbundträgern mit elastischem Verbund - Genaue Methode und ein NäherungsverfahrenStahlbau4/2014278-288Fachthemen

Kurzfassung

In diesem Beitrag werden Verfahren zur Berechnungen von Trägern mit starrem oder elastischem Verbund sowie ohne Verbundwirkung behandelt. Die Anwendung von geschlossenen Lösungen für die exakte Berechnung des elastischen Verbundes ist unentbehrlich. Einige geschlossene Lösungen zur Bestimmung der Normalkraft und der Durchbiegung werden angegeben. Anwendungsmöglichkeiten des hier eingeführten Verbundfaktors und die dahinter stehenden Federmodelle werden gezeigt. Schließlich wird eine Näherungsmethode in Verwendung eines erweiterten Federmodells und eines Verbundfaktors entwickelt. Die Ergebnisse, die nach beiden Rechenmethoden in Beispielen berechnet wurden, zeigen eine gute Übereinstimmung.

Contribution to the calculation of composite beams with elastic composite action.
Methods of Calculations according to the exact equations for rigid and elastic composite action as well as without composite action are discussed. The application of closed solutions is essential for the calculation of the elastic composite action. Some closed solutions for the normal force and the deflection are given. Applications of the introduced composite factor and the spring models behind it are shown. Finally, an approximation method is developed from an extended spring model and the composite factor. The results of model calculations, which were carried out by both methods, show a good agreement.

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Zhou, G.; Zou, Y.; Boley, C.Reduktion der Frosthebungen bei der künstlichen BodenvereisungBautechnik9/2009566-573Fachthemen

Kurzfassung

Mit dem Ziel der Reduktion der Frosthebungen bei der künstlichen Bodenvereisung wurden die Einflüsse des Temperaturgradienten, der Temperaturänderung sowie der Temperaturänderungsamplitude und -periode der Vereisungstemperatur auf die Frosthebungen bei der eindimensionalen Frosteindringung in feinkörnige Böden experimentell im Labor untersucht. Bei der Frosteindringung in feinkörnige Böden ist die Frosthebung infolge der Bildung der untersten Eislinse (letzte Eislinse bei Frostung von oben nach unten) im thermodynamisch stationären Zustand maßgebend. Der Temperaturgradient beeinflusst zwar die Frosteindringtiefe, die Größe der Frosthebung dagegen nur in geringem Maße. Durch zyklische Veränderungen der Vereisungstemperatur kann das Wachstum der letzten Eislinse beschränkt und dadurch die Frosthebung vermindert werden. Die zyklische Veränderung der Vereisungstemperatur bereits vor der Bildung der letzten Eislinse führt dagegen zu einer großen Frosthebung. Zur Minimierung der Frosthebung müssen die Temperaturveränderungsamplitude und -periode während der Vereisung auf die Eislinsenbildung abgestimmt werden.

Decreasing frost heaves of artificial frozen soils by intermission freezing.
For decreasing the frost heaves of artificially frozen soils the influences of temperature gradient, its changes as well as the amplitude and period of changing freezing temperature on the one-dimensional frost heaves of fine-grained soils were investigated by experiments in the laboratory. During the frost penetration into the fine-grained soils the frost heaves due to the formation of the final ice lens under thermodynamic stationary condition is decisive. The gradient of temperature influences strongly the depth of frost penetration but only little the total frost heave. Cyclical changes of the freezing temperature can confine the growth of the final ice lens and thereby the frost heave decreases. However, the cyclical changes of the freezing temperature before the formation of the final ice lens can cause a heavy frost heave. For decreasing frost heaves the amplitude und period of changing the freezing temperature must be controlled properly.

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Zhou, Lin-Yun; He, Zhi-Qi; Liu, ZhaoInvestigation of optimal layout of ties in STM developed by topology optimizationStructural Concrete2/2016175-182Technical Papers

Kurzfassung

Strut-and-tie models (STMs) have been wildly used for the design of disturbed regions in structural concrete members. The STM developed based on the load path method or with the aid of stress trajectories is not unique and varies with the designer's intuition and past experience. As a result, topology optimization methods have been adopted to generate STMs in reinforced concrete structures. However, such models are just a preliminary configuration and the detailed layout of ties in an STM cannot be determined by the optimal topology. This is because reinforced concrete is assumed to be a uniform elastic continuum. Therefore, the effect of the steel reinforcement on the load transmission cannot be considered in the optimization process. Recently, the criterion of minimum strain energy has been proposed to determine the optimal layout of STMs obtained by the modified optimization method. However, the strain energy criterion does not work when the minimum strain energy in ties is zero when evaluated by mathematical equations. To address this issue, the maximum stiffness criterion is proposed to discover the optimal layout of ties in STMs by evaluating the stiffnesses of strut ties.

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Zhou, Lin-Yun; Liu, ZhaoInvestigation of the buckling behaviour of thin-walled hollow concrete piersStructural Concrete3/2016491-501Technical Papers

Kurzfassung

Tall hollow concrete piers with high width-to-thickness ratios are commonly used in long-span box girder bridges. Such thin-walled structures present the possibility of failure due to local buckling. So, in common practice, diaphragms are usually included in hollow piers to improve the local stability; however, is that necessary? Although experimental research on the buckling behaviour of hollow piers has been conducted extensively, few analytical attempts have been performed to reveal the effects of the width-to-thickness ratio on local buckling behaviour. To this end, an analytical model has been proposed to investigate the local buckling behaviour of hollow piers. Following the Ritz-Timoshenko method, an analytical formula for critical local buckling stress has been developed and verified to have good accuracy compared with finite element analyses. Based on the buckling failure mode of a hollow pier with a slenderness ratio > 6, it can be reasonably postulated that the strength of the hollow pier will be unaffected by local compression flange buckling when the wall width-to-thickness ratio is < 24, and it is entirely unnecessary to include diaphragms in hollow piers for stability. Additionally, it is equally interesting that the critical width-to-thickness ratio of a hollow pier with a slenderness ratio > 4 derived using the proposed model is the same as the value given by the current AASHTO-LRFD Bridge Design Specifications.

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Zhou, Lin-Yun; Liu, Zhao; He, Zhi-QiFurther investigation of transverse stresses and bursting forces in post-tensioned anchorage zonesStructural Concrete1/201584-92Technical Papers

Kurzfassung

In the post-tensioned anchorage zone, the load transfer path of an anchor force can be visualized by an infinite number of isostatic lines of compression (ILCs). The method was initially proposed by Guyon and recently attracted significant interest from a number of researchers. Based on the work of these predecessors, an updated mathematical model has been proposed in order to analyse the bursting forces and the distribution of transverse stresses in the anchorage zone. Compared with the results of a finite element analysis, the updated equations are more accurate than the previous ones. Based on the observation that the sixth-order polynomial expression is better than the fourth-order one, as far as the solution of bursting stresses is concerned, it can be reasonably postulated that a de facto function of the ILCs must exist. Additionally, it is equally interesting that the bursting forces derived with the updated analytical model are the same as those obtained with the formula in the current AASHTO-LRFD Bridge Design Specifications based on numerical stress analyses.

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Zhou, Linyun; Liu, HuanginResponse of cracked simply supported concrete beam with moving vehicle loadStructural Concrete5/2016875-882Technical Papers

Kurzfassung

The dynamic response of a cracked beam subjected to moving loads has been studied extensively in the past decades. However, very little is known about the dynamic impact factors and crack propagation when vehicles move along the cracked beam. It can be reasonably postulated that a crack extension may occur when the vehicle loads cross the cracked bridge at a high speed. As a result, the dynamic response will be enlarged significantly due to the flexural rigidity reduction induced by cracks, which may result in a dangerous effect on structures. To address this problem, a three-dimensional vehicle-bridge model was developed to investigate the dynamic response of cracked bridges with crack breathing. Crack breathing is simulated at the crack surface using contact elements. The modified crack closure method is adopted to calculate the stress intensity factors. The results showed that the impact factors for the damaged bridge under a moving load could be notably larger than those for the intact bridge, and could exceed the value specified in the AASHTO bridge design code. Meanwhile, crack propagation may occur when the vehicles move along the cracked bridge at a high speed. So, it is very necessary to limit the velocity and transverse position of the vehicles to avoid further damage to the cracked bridge.

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Zhou, X.; Heinz, R.; Fuchs, H. V.Zur Berechnung geschichteter Platten- und Lochplatten-ResonatorenBauphysik3/199887-95Fachthemen

Kurzfassung

Es wird die Qualität vereinfachter Rechenverfahren zur Ermittlung des Absorptionsgrads bei senkrechtem Schalleinfall auf ein- und mehrschichtige Platten- bzw. Lochplatten-Resonatoren überprüft. Hierzu werden für verschiedene Absorber-Anordnungen Vergleiche zwischen dem berechneten und dem im Kundtschen Rohr gemessenen Absorptionsgrad durchgeführt. Die Übereinstimmung ist gut. Damit können auch neuartige Absorber optimiert werden, die bei der Entwicklung breitbandig wirksamer und vielseitig einsetzbarer faserfreier Bauteile für die Raumakustik und Lärmbekämpfung an Bedeutung gewonnen haben.

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Zhou, Xiaohai; Derome, Dominique; Carmeliet, JanA new procedure for selecting moisture reference years for hygrothermal simulationsBauphysik6/2016361-365Fachthemen

Kurzfassung

Hygrothermal models allow designers to evaluate the hygrothermal performance of building envelopes. However, hygrothermal modeling needs the input of the external climate loading, a moisture reference year, to evaluate moisture damage risk of building envelope. In this paper, a new procedure is proposed for selecting moisture reference years. A metric, called Climatic Index, combining wind-driven rain load and potential evaporation is developed in this study. Climatic Indices over 30 years are determined for a wall envelope located in Zurich, Switzerland. The hygrothermal performance of the wall envelope and its moisture damage risk are simulated and evaluated using a hygrothermal risk indicator, called the RHT Index. A clear correlation between Climatic Index and RHT Index is found for the specific moisture damage considered, mold growth. The selection procedure combines a first selection of three years around the 10 % level criterion based on the Climatic Index, followed by a careful comparison of different years based on RHT Index and a final selection of the year with the largest RHT Index as moisture reference year. The combination of Climatic Index and RHT Index allows for the selection of moisture reference years with known level of damage risk.

Ein neues Verfahren zur Auswahl von Feuchte-Referenzjahren für hygrothermische Simulationen.
Hygrothermische Modelle ermöglichen es Planern, die hygrothermischen Eigenschaften der Gebäudehülle zu bewerten. Zur Bewertung des Risikos von Feuchteschäden sind für die hygrothermische Modellierung Daten zur äußeren klimatischen Belastung erforderlich, und zwar in Form eines Feuchte-Referenzjahres. Der vorliegende Beitrag schlägt ein neues Verfahren zur Auswahl von Feuchte-Referenzjahren vor. In der Studie wird eine Maßzahl namens “Klimatischer Index” entwickelt, die windbasierte Regenlast und potenzielle Verdunstung kombiniert. Klimatische Indexwerte für 30 Jahre werden für eine Außenwand in Zürich (Schweiz) bestimmt. Das hygrothermische Verhalten der Außenwand sowie ihr Risiko von Feuchteschäden werden simuliert und bewertet anhand eines hygrothermischen Risikoindikators, genannt RHT-Index. Für die hier speziell betrachtete Art von Feuchteschäden, den Schimmelbefall, wird ein eindeutiger Zusammenhang zwischen Klimatischem Index und RHT-Index ermittelt. Das Verfahren umfasst eine erste Auswahl von drei Jahren basierend auf einem 10%-Kriterium und dem Klimatischen Index, dem dann ein sorgfältiger Vergleich verschiedener Jahre auf Grundlage des RHT-Index folgt und schließlich die Auswahl jenes Jahres mit dem höchsten RHT-Index als Feuchte-Referenzjahr. Die Kombination von Klimatischem Index und RHT-Index ermöglicht die Auswahl von Feuchte-Referenzjahren mit bekanntem Schadensrisiko.

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Zhu, B.; Zhau, M.Die Wechselwirkung zwischen Bauwerk und Baugrund.Bautechnik3/198380-87

Kurzfassung

Die Untersuchung der Wechselwirkung zwischen Bauwerk und Baugrund zeigt, wie die Verformung und die Schnittgrössen der Fundamente von der Steifigkeit des Bauwerks beeinflusst werden. Die Ermittlung der Steifigkeit des Bauwerks wird mit Hilfe des Substrukturverfahrens und der Matrizenverdichtung durchgeführt.

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Zhu, R.Rohraufweitungs-Lastdosierer - Grundlagen, bisherige Entwicklung und Ausblick.Stahlbau3/199279-83Fachthemen

Kurzfassung

Lastdosierer sind Bauelemente, die die auf sie wirkende Kraft auf die sog. Ansprechlast begrenzen, indem sie unter dieser Kraft nachgeben. Eingebaut im Bauwerk sollen die Lastdosierer die tragende Konstruktion vor Überbeanspruchung infolge Zwängungen oder Kräfteumlagerungen schützen. Die Rohraufweitungs-Lastdosierer erfüllen weitgehend die Anforderungen an duktiles Tragverhalten. Berichtet wird über die Forschung und Entwicklung an Lastdosierern, die experimentellen und analytischen Untersuchungen sollen die Realisierung der Lastdosierer in der Praxis absichern.

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