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Autor(en)TitelZeitschriftAusgabeSeiteRubrik
Zerna, W.; Köpper, H.-D.Spannstahlspannungen im Grenzzustand der Tragfähigkeit bei Trägern mit Vorspannung ohne Verbund.Beton- und Stahlbetonbau1/198911-16

Kurzfassung

Verfahren für die Ermittlung der Spannungszunahme von Spannstählen im Grenzzustand bei ohne Verbund vorgespannten Spannbetonträgern.

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Zerna, W.; Mungan, I.Über das Beulen von Kühlturmschalen mit Versteifungsringen.Beton- und Stahlbetonbau2/198133-36

Kurzfassung

Über die Dimensionierung und die optimale Verwendung von rotationssymmetrischen Versteifungsringen bei Naturzugkühltürmen zur Erhöhung des Beulwiderstands der Kühlturmschale.

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Zerna, W.; Schnellenbach, G.Zur Berechnung von Spannbeton-Reaktordruckbehältern.Beton- und Stahlbetonbau11/1970255-261Fachthemen

Kurzfassung

Keine Kurzfassung verfügbar.

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Zerna, W.; Schultz, H.-G.Neuartiges Konzept leistungsstarker Windkraftanlagen.Bautechnik7/1991227-229

Kurzfassung

Konzept zur Leistungsverstärkung von Windkraftanlagen. Mehrere Windenergiekonverter mittelgrosser Leistung sollen in einem Turm (Windenergieturm) installiert werden und somit Einzelanlagen mit einer Gesamtleistung im Megawattbereich geschaffen werden. Es zeigt sich, daß die an einem Turm arbeitenden Rotoren aus aerodynamischen Gründen zweckmässigerweise übereinander anzuordnen sind, so daß sich hohe Türme ergeben. Um sie im Hinblick auf ihre Beanspruchung wirtschaftlich auszubilden, ist eine spezielle Seilabspannung anzubringen.

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Zerwas, M.; Krause, H.-J.; Zens, M.; Frey, T.Energieausweis nach DIN V 18599 und mittels Gebäudesimulation - ein ProjektberichtBauphysik3/2008174-186Fachthemen

Kurzfassung

Mit der verbindlichen Einführung der EnEV 2007 zum 01. 10. 2007 wurde die Berechnung des Wärmeschutznachweises bei Nichtwohngebäuden vollständig umgestellt. Konnten z. B. Bürogebäude oder beheizte Hallen bislang nach DIN 4701-10 relativ einfach berechnet werden, so sind nun aufwändige Berechnungen nach DIN V 18599 anzustellen. Gleichzeitig entwickelt sich der Wärmeschutznachweis - beginnend in den 70er Jahren - vom “passiven” Rechennachweis immer stärker zu einem “aktiven” und gewichtigen Planungspart im Entstehungsprozess eines Projektes. Dies ist richtig und auch erforderlich, will man ein energieoptimiertes Gebäudekonzept aufstellen. An Hand eines Projektes wurden die Praxistauglichkeit und der Nutzen für den Bauherren einer Berechnung nach DIN V 18599 mit einer thermischen Gebäudesimulation verglichen. Dabei ergaben sich Fragen der Umsetzung, die in dem Aufsatz behandelt werden. Die EnEV 2007 stellt sicherlich einen weiteren Meilenstein dar, da die Konsequenzen sowohl für den Planungsprozess als auch für den Gebäudeentwurf weitreichend sind. Weitere Fragen wurden aufgeworfen und sind in Zukunft zu beantworten.

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Zettler, A.; Poisel, R.; Preh, A.; Konietzky, H.Tunnelling in swelling rock - a solved problem? / Vortrieb in quellendem Gebirge - ein gelöstes Problem?Geomechanics and Tunnelling5/2010557-566Topics

Kurzfassung

In some sedimentary rocks, the admission of water results in an expansion of volume, which results from the chemical conversion of anhydrite into gypsum (anhydrite swelling) or the physical adsorption of water in certain clay minerals (clay swelling). This expansion leads to heavy loading of the tunnel lining and has already caused significant damage to some structures. In addition, sulphate attack on the lining concrete can lead to softening due to the formation of ettringite. Damage can be in the form of shear failure, spalling or bending tension cracks. The location and nature of the damage, which depends on the location of the ground containing clay or anhydrite and susceptible to swelling, is illustrated with some examples. Numerical modelling is applied to demonstrate the load transfers, which lead to these phenomena. Recent attempts to counter the problem have been based on the strengthening of the lining (resistance principle) or by installing compressible zones between rock mass and lining (yielding principle). The design rules for each principle are explained.
Bei einigen Sedimentgesteinen ereignet sich bei Wasserzutritt eine Volumenzunahme, die eine Folge der chemischen Umwandlung von Anhydrit in Gips (Schwellen) oder der physikalischen Anlagerung von Wasser an bestimmte Tonminerale (Quellen) ist. Diese Volumenzunahme führt zu starken Beanspruchungen der Tunnelauskleidung und hatte bei einigen Bauwerken bedeutende Schäden zur Folge. Darüber hinaus führt ein möglicher Sulfatangriff auf den Auskleidungsbeton zur Entfestigung durch Ettringitbildung. Diese Schäden können Scherbrüche, Abplatzungen und Biegezugrisse sein. Ort und Art der Schäden in Abhängigkeit vom Ort der quellenden bzw. schwellenden Gebirgsbereiche werden anhand einiger Beispiele aufgezeigt. Mittels numerischer Untersuchungen wird ein Einblick in die Lastumlagerungen gegeben, die zu den genannten Phänomenen führen. In neuerer Zeit wurde versucht, den Schäden einerseits durch eine Verstärkung der Auskleidung (Widerstandsprinzip) und andererseits durch nachgiebige Zonen zwischen Gebirge und Ausbau (Nachgiebigkeitsprinzip) zu begegnen. Die Entwurfsgrundsätze für diese Prinzipien werden dargelegt.

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Zeuli, Vincenzo; Maier, Christof; Diaz, José Manuel Suarez; Saeed, Fahed Ahmed; Tharamapalan, Jayapregasham; Germani, Carlo; Bayer, Lars; Atzl, GeorgStructural design of precast segmental lining reinforced by steel fibresGeomechanics and Tunnelling4/2021356-366Topics

Kurzfassung

Dubai Municipality awarded to Porr Besix JV the Project for the Main Tunnel component of the Deep Storm Water System. The tunnel will collect both rainwater and groundwater from approximately 500 sq. km and transfer the captured flow to the sea. The Design Builder JV selected COWI as Designer of the entire Project and IC Consultant as Design Checker for the Tunnels. The Project includes approximately 10.3 km of 10-meter-inside diameter tunnel in rock, three construction shafts and one drop shaft. The main tunnel will convey stormwater and groundwater flows from the EXPO 2020 area near the intersection of Sheikh Mohammed Bin Zayed Road and Jebal Ali Lehbab Road to the sea close to the EGA facility. The tunnel will follow beneath the road easement along Jebal Ali Lehbab Road and along Sheikh Zayed Road and continue to the pumping station. The tunnel traversed through the Barzaman and Fars formation with an overburden of 33 m with maximum water pressure of 4.4 bar and was excavated by EPB TBMs. This project is characterized by its dimensions with an internal diameter of 10 m and 350 mm of segment thickness, and by the use of steel fibre reinforced concrete in the precast segmental lining. The use of fibres aims to reduce the CO2 footprint obtaining an optimized design from the environmental point of view. These facts are associated to a complex design of precast segments, in order to ensure their structural competence and their integrity according to the durability requirements, under large thrust forces (temporary loads) and permanent load. Hence, considering such complexities, the structural design has been carried out producing a 3D structural model by means of a sophisticated FEM structural software. Results of the model allow to identify areas of the segment where spalling and bursting stresses are generated along circumferential joints and maximum value of those stresses in the temporary load cases. Moreover, a structural design verification of the segment has been undertaken considering the contribution of steel fibres class 4c, as it is set up in the FIB model code, aiming to ensure that the precast segments are structurally competent and fulfil the durability requirements of the Project. The article details the design approach and the independent checker design verification approach. The experience gained during construction is also reported, describing challenging aspects of the Tunnel execution and an analysis of the lining damages.

Statischer Entwurf einer mit Stahlfasern verstärkten Tübbingauskleidung
Die Stadtverwaltung von Dubai vergab an die Arbeitsgemeinschaft Porr Besix das Projekt DS233/2 Deep Storm Water System - Main Tunnel. Der Tunnel wird sowohl Regen- als auch Grundwasser ableiten und fast 40 % des gesamten Stadtgebiets von Dubai entwässern. Das Projekt zeichnet sich durch seine Dimensionen mit einem Innendurchmesser von 10 m und einer Tübbingdicke von 350 mm sowie durch den Einsatz von stahlfaserverstärktem Beton in der vorgefertigten Tübbingauskleidung aus. Die Verwendung von Fasern zielt darauf ab, den CO2-Fußabdruck zu reduzieren, um ein aus ökologischer Sicht optimales Design zu erhalten. Um die statische Funktion und Integrität gemäß den Dauerhaftigkeitsanforderungen aufgrund der großen Vortriebspressenkräfte (temporäre Lasten) und unter permanenter Belastung zu gewährleisten, wurde ein 3D-Strukturmodell mithilfe einer FE-Software erstellt. Die Ergebnisse des Modells ermöglichen es, die Bereiche des Segments zu identifizieren, in denen Abplatzungen und Spaltzugspannungen entlang der Umfangsfugen entstehen, sowie den maximalen Wert dieser Spannungen in den temporären Lastfällen. Darüber hinaus wurde ein statischer Nachweis des Segments unter Berücksichtigung des Beitrags von Stahlfasern der Klasse 4c durchgeführt, wie es im FIB-Modellcode festgelegt ist, um sicherzustellen, dass die vorgefertigten Segmente die Anforderungen des Projekts an die statische Tragfähigkeit und Dauerhaftigkeit erfüllen. Der Artikel beschreibt detailliert den Entwurfsansatz und den Ansatz der unabhängigen Prüfung des Entwurfs.

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Zha, X.; Drotleff, H.; Nocke, Ch.Raumakustische Verbesserungen im Probensaal der Staatstheater StuttgartBauphysik4/2000232-239Fachthemen

Kurzfassung

Der für großes Orchester und Chor intensiv genutzte Probensaal der Staatstheater Stuttgart wurde im Rahmen einer Sanierungsmaßnahme im Sommer 1999 vollständig umgebaut und raumakustisch neu gestaltet. Im Gegensatz zu Aufführungsräumen sind an Probenräume grundsätzlich andere Anforderungen zu stellen. In diesem zentralen Probenraum sollten die Arbeitsbedingungen der Musiker hinsichtlich Lautstärkeentwicklung und akustischer Transparenz nachhaltig verbessert werden. Aus akustischer Sicht waren der Raum insgesamt zu klein, die äquivalente Absorptionsfläche ungünstig verteilt und die schallreflektierenden Einbauten falsch plaziert. Es werden die Ausgangssituation, die durchgeführten Baumaßnahmen sowie die dadurch erreichten Verbesserungen beschrieben. Alle Nutzer, Musiker und Sänger ebenso wie Dirigenten und die Intendanz, äußern sich sehr zufrieden über die neuen Arbeitsbedingungen.

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Zha, X.; Fuchs, H. V.Schallfeldsimulation mit Spiegelquellen - Eine Planungshilfe für reflexionsarme RäumeBauphysik4/2009208-215Fachthemen

Kurzfassung

Konventionelle Auslegungen von akustischen Freifeldräumen nach ISO 3745 sind häufig mit Risiken behaftet, weil die übliche Annahme eines Absorptionsgrades bei senkrechtem Schalleinfall von 99 % herkömmlicher faseriger oder poröser Auskleidungen von Fall zu Fall weder notwendig noch ausreichend sein kann. Es wird ein Simulationsprogramm vorgestellt, das mit der phasenrichtigen Überlagerung der Schallwellen einer realen Punkt- und einer Serie von Spiegelquellen arbeitet, welche die unvollständig absorbierenden Begrenzungsflächen des Raumes ersetzen. Damit werden verschiedene Einflüsse aufgezeigt, die die Freifeldeigenschaften ebenso stark beeinflussen können wie der Absorptionsgrad der Auskleidung. So lässt sich bereits in einem frühen Planungsstadium mehr Sicherheit über die Qualität eines Akustik-Prüfstandes zur Bestimmung von Schallleistung, Spektrum und Richtcharakteristik technischer Schallquellen gewinnen.

Sound field simulation by image sources - A design tool for anechoic rooms.
Conventional designs of anechoic rooms according to ISO 3745 often bear risks since the usual assumption of an absorption coefficient at normal incidence of 99 % of traditional fibrous or porous claddings may be not necessary in one case but insufficient in another. A simulation program is presented which is based on the wave interferences of the sound from a real point source and a number of image sources which replace imperfectly absorbing bounding surfaces. Its application demonstrates various effects which can influence the free-field characteristics to the same extent as the absorption of the cladding. By this one may gain more confidence - at an early stage of the planning process - in the quality of an acoustic test facility for the determination of sound power, spectrum and directivity of technical sound sources.

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Zha, X.; Fuchs, H. V.; Drotleff, H.Eine neue Akustik für vier Sparten - das Große Haus des Staatstheaters MainzBauphysik3/2003111-121Fachthemen

Kurzfassung

Dem Anfang des 19. Jahrhunderts für 1500 Besucher konzipierten Bauwerk des Hofbaumeisters G. Moller wird eine gute Akustik nachgesagt. Zahlreiche bauliche Veränderungen, insbesondere der Wiederaufbau von 1951, führten aber nach Meinung der Chronisten ins Abseits. Die Rekonstruktion am Beginn des 21. Jahrhunderts verlangte nicht nur eine Rückbesinnung auf die ursprüngliche architektonische Idee, sondern auch ein raumakustisches Konzept, das den zukünftigen Anforderungen an ein Haus für Schauspiel, Ballett, Oper und Konzert gewachsen ist. Der Forderung einer gemeinsamen Arbeitsgruppe der Stadt Mainz und des Landes Rheinland-Pfalz folgend, wurde deshalb 1999 eine Neubewertung aller Maßnahmen zur Optimierung der Akustik vorgenommen.

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Zha, X.; Nocke, Ch.; Häusler, C.; Wenski, H.Lösungen raumakustischer Probleme mit mikroperforierten transparenten BauteilenBauphysik6/1998198-208Fachthemen

Kurzfassung

Um Optik, Haptik und Akustik in auch akustisch anspruchsvollen Räumen zu einem harmonischen Dreiklang zu führen, hat das IBP die Entwicklung von mikroperforierten Platten und Folien, z. B. aus Acrylglas, Polycarbonat (aber auch Metall), stark vorangetrieben. Ein- und mehrschalig aufgebaute Absorber lassen sich für senkrechten ebenso wie für schrägen oder diffusen Schalleinfall mit geeigneten Rechenprogrammen exakt auf das jeweilige Spektrum auslegen. Anhand ausgeführter Bau- und Sanierungsvorhaben sollen die Einsatzmöglichkeiten neuartiger faserfreier Absorber und Diffusoren demonstriert werden. Bis zur Marktreife wurden Folienabsorber als Bespannungen, Rollos, Baffles und Segel für beliebige Dach- und Wandflächen zusammen mit drei Lizenzpartnern entwickelt.

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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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Zhang, Xutong; Far, Harry; Lin, XuqunDeflection analysis of welded steel I-girders with corrugated webs based on first yieldSteel Construction2/2023127-136Articles

Kurzfassung

Sinusoidal corrugated profile webs have been popularly used in steel structural designs to replace the flat webs in conventional welded beams, while there are better performances in corrugated web beams (CWBs) regarding more stability and less material used to against beam failures caused by buckling. Previous studies have provided that CWBs enabled numerous favourable benefits to be recognised as alternatives to the traditional weld beams in designing structures. Furthermore, as CWBs are proposed as the major load-carrying elements, the maximum deflection in the elastic range is one of the important beam properties that should be precisely estimated and calculated. To find an appropriate method in computing the maximum deflection of CWBs based on the first yield for civil communities in Australia, proposed equations based on other standards will be employed to calculate the theoretical results for the comparisons with simulation-based results. While applying the linear analysis simulations provided by SAP 2000, ultimate limit state design theory has also been used with requirements stated by AS 4100. In this study, the results in theoretical calculations and numerical simulations have been compared to conclude that the highly defined equations by ASTM [37] and Sause et al. [38] could precisely estimate the maximum deflections of CWBs based on the first yield in conjunction with requirements and limitations in Australian standards, which could be adequate for the structural design calculations in Australian design fields.

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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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