Search

Zur Schnittgrößenermittlung, Verformungsberechnung, Spannungsanalyse und zur Bemessung von maschinell aufgefahrenen Tunneln mit Tübbingauskleidung werden heutzutage verschiedene Modellierungsmethoden herangezogen. Zum Entwurf und zur Bemessung des Tunnelausbaus dienen üblicherweise Bettungsmodelle, die den umliegenden Boden mit nur Druckkraft übertragenden Federn idealisieren und den Ausbau als kreisförmige Balkenabschnitte abbilden. Um eine dreidimensionale Wirkung des Tunnels im Baugrund aufzuzeigen, werden numerische Kontinuumsmodelle genutzt. Die Baugrundeigenschaften werden dabei zumeist unter Verwendung eines nichtlinearen Materialgesetzes abgebildet, wobei der Tunnelausbau vorwiegend als kreisförmige Schalenabschnitte mit Druck‐ und Reibkontakt zum Baugrund erfasst ist. Dabei können einerseits relevante Bauzustände wie der sequenzielle Tunnelvortrieb, die schrittweise Installation des Tunnelausbaus im umliegenden Boden sowie ausgewählte Belastungsszenarien aus dem Verpressdruck und dem Stützdruck abgebildet werden. Andererseits lassen sich durch Simulationsmodelle mit sofortiger Aktivierung des Tunnelausbaus Endzustände realisieren. Neben diesen nichtlinearen numerischen Berechnungsmethoden liefern klassische analytische Lösungen z. B. im elastischen Halbraum wichtige Grundlagen (Last‐ und Modellierungsansätze) und Kontrollmöglichkeiten (Größe von Schnittgrößen und Verformungen). Der Beitrag stellt demnach Unterschiede zwischen den einzelnen Modellierungsvarianten gegenüber, bewertet sie im Hinblick auf die Abbildungseigenschaften und vergleicht sie hinsichtlich der Schnittgrößenkombinationen und radialen Verschiebungen unter Variation ausgewählter Parameter des Baugrunds. Comparative Analyses of Modeling Alternatives of Tunnels with Concrete Lining Segments Task‐oriented alternative modelling techniques are popular in mechanised tunnelling to calculate internal forces and deformations, to analyse stresses or to design. For detailing and designing lining segments beams on elastic foundation are often favoured. Those models idealise the soil‐structure interaction employing compression‐only springs and approximate the circular tunnel shell by polygonal beam members. By contrast and to account for a holistic three‐dimensional impact of the tunnel on the soil more sophisticated continuum models, utilising nonlinear constitutive laws, are preferred. Here, the circular tunnel shell interacts in compression with the surrounding soil by contact and friction. Apart from the final state scenario associated with an immediately activated tunnel lining, intermediate construction stages due to sequential driving along with a stepwise consecutive installation of lining segments and specific loading scenarios from grouting or back pressure can explicitly be accounted for. Complementary to nonlinear numerical simulation well‐known analytical results provide a sound fundamental basis for control. The contribution contrasts and assesses alternative modelling approaches regarding features, demands and adequacy. For the last one, numerical results are analysed in variation of decisive soil properties with respect to radial deformations in relevant load combinations. [ABSTRACT FROM AUTHOR]

The coupling of subsequent rings in the circumferential joints of tunnel lining systems is of particular interest in mechanized tunnelling and a controversial issue in discussions. On the one hand, interlocking systems such as "cam & pot" can be of use in limiting the lining's deformation. But on the other hand, unfavourable conditions often lead to repetitive and significant damage that decreases the tunnel's lifetime. This paper describes the experimental results of a three-part optimization concept (structural analysis, topological optimization and experimental verification) that was tested for concrete linings using the example of the shear coupling mechanism. First, geometrical dependencies are analysed which reveal predominantly stronger cams than corresponding pots. Hence, pot bearing capacities are increased, transferring topological optimization results to reinforcement concepts featuring micro-mesh reinforcement, steel fibre cocktails and rebars welded to anchor plates. The latter especially resulted in comparatively stronger pots along with considerably better ductility. Nevertheless, pots still represent the weaker part and are crucial for the design. Therefore, a concept with steel dowels and predefined static boundary conditions was tested. The results are characterized by a significantly lower scatter of bearing capacities accompanied by much better ductility. [ABSTRACT FROM AUTHOR]

Diskontinuitätsbereiche in Stahlbetonkonstruktionen werden in der Regel auf der Grundlage von Fachwerkmodellen bemessen und konstruktiv durchgebildet. Zu den typischen Anwendungsfällen gehören Konsolen, Rahmenecken, Aussparungen oder volumenartige Betonkörper. Dabei erweisen sich solche Fachwerkmodelle als günstig, die am Kraftfluss orientiert sind und nur geringe Umlagerungen oder Rissbildungen hervorrufen. Meist werden Trajektorienbilder linear‐elastischer Berechnungen zur Ableitung verwendet. Als Alternative bieten sich topologische Optimierungsergebnisse für die Modellfindung an. Dabei bilden sich Streben und Knoten als Materialdichten direkt heraus und sind auch bei komplexen Geometrien leicht in Fachwerke zu überführen. Der Beitrag zeigt die grundsätzliche Methodik der topologischen Optimierung, günstige Steuerungsparameter zur Ableitung von Fachwerkmodellen, die Vereinfachung zum Strebensystem und die abschließende Umsetzung zur Bewehrungskonstruktion. Beispiele sind Sprengwerke, Konsolen und Querkraftkopplungen an Tübbings mit verschiedenen Bewehrungskonzepten klassischer Stabbewehrung, Stahlfaserverstärkung oder netzartiger Mikrobewehrung. Strut‐and‐tie modelling with topological optimisation Design and detailing of discontinuous or shear critical regions in reinforced concrete structures are usually based on strut‐and‐tie modelling. Typical examples of such structures are corbels, frame corners, block‐outs or spatial concrete structures. Strut‐and‐tie models that are developed from the inner distribution of forces, and therefore evoke only minor redistributions or crack formations, have proven especially suitable for such design purposes. In general, the stress trajectories used to develop such models are derived from linear‐elastic calculations. Alternatively, similar models can be derived from topological optimisation results. The strut and node locations are indicated directly by calculated material densities. These results can then be easily transferred into strut‐and‐tie models and generated for arbitrary complex structures. This contribution shows the basic principles of topology optimisation, favourable parameter adjustments to derive appropriate models, simplifications for strut‐and‐tie models and finally its implementation in reinforcement design. Truss frames, corbels and shear‐coupling mechanisms w.r.t concrete lining segments with various reinforcement concepts, e.g. conventional rebars, steel fibres or mesh‐like micro reinforcement, are presented as examples. [ABSTRACT FROM AUTHOR]

Die Leistungsfähigkeit von Smartphones und Tablet-PCs wird stetig gesteigert und reicht mittlerweile in Teilen an die einfacher PCs heran. Gleichzeitig nimmt die weltweite Verbreitung mobiler Endgeräte zu, sodass in 2013 erstmals mehr Smartphones als Mobiltelefone verkauft werden. Die Idee, das Potenzial von Smartphones auch für den Bereich des Bauingenieurwesens nutzbar zu machen, führte zur Entwicklung der 'Design of Concrete'-Applikation (DoC-App). Die Applikation wurde für das Betriebssystem Android programmiert und beinhaltet für Rechteck- und Plattenbalkenquerschnitte grundlegende Bemessungsaufgaben im Bereich des Stahlbetonbaus (Nachweis gegen Biege-, Querkraft- und Torsionsversagen, Rissbreitennachweis). Die Nachweise werden nach aktueller Vorschrift DIN EN 1992-1-1 mit nationalem Anhang (NAD) geführt. Darüber hinaus ist ein Schnittgrößenrechner für Ein- und Zweifeldträger integriert. Das Hauptaugenmerk wurde auf die mobile und intuitive Anwendung gelegt, um zielgerichtet einfache Berechnungen durchführen zu können. Deshalb sind die Ein- und Ausgabeinformationen auf das Nötigste beschränkt. Darüber hinaus kann die Anwendung auch als mobiles Tabellenwerk für typische Bemessungsgrundlagen wie Expositionsklassen, Verankerungslängen, Betondeckung und Bewehrungsmengen dienen. Sectional design of reinforced concrete for mobile applications The performance of smartphones and tablet-PCs grows rapidly. Today, it approximates the one of common desktop PCs. Simultaneously, the worldwide distribution of mobile devices increases daily and consequently in 2013, for the first time, more smartphones than mobile phones will be sold. Having the idea to use this potential in the field of civil engineering, the 'Design of Concrete'-Application (in short DoC-App) has been developed. At the present time Android dominates the market for operating systems of smartphones. Hence, the application has been developed to run on Android only. It comprises the basic tasks in concrete designing (bending, shear and torsion failure as well as proof of crack width) for rectangular cross sections and T-beams acc. to DIN EN 1992-1-1 (including the national appendix). Furthermore, internal forces of single- and double span beams can be calculated automatically. Priority is set on an intuitive and effective handling of the application. Therefore, in- and output data are limited to a minimum of information. In addition, the application can also be used as a mobile base of usual chart data like for exposure classes, anchoring lengths, concrete covers or amounts of reinforcement. [ABSTRACT FROM AUTHOR]