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Offenporige Asphalte (PA) können durch ihren hohen Anteil an Hohlräumen wirksam zur Lärmreduzierung beitragen. Nachteilig ist die offenporige Struktur bezüglich der Nutzungsdauer. Das Ziel dieser Arbeit war durch gezielte materialtechnologische Variation die Dauerhaftigkeit des PA zu verbessern. Einfluss auf den Kornverlust zeigte die Wahl des Bindemittels, der Gesteinsart, der Einsatz von Mischfüller sowie die Dosierung der feinen Gesteinskörnung. Zur Abschätzung der Hohlraumstruktur ohne vorherige Probekörperherstellung erfolgte die Modellierung der Asphaltstrukturen. Des Weiteren erfolgten CT- und Schnittbildanalysen an Bohrkernen. Es konnten Möglichkeiten aufgezeigt werden, die Dauerhaftigkeit des Offenporigen Asphaltes zu verbessern, was im nächsten Schritt durch Praxisanwendungen überprüft werden muss. Des Weiteren wurde die strittige Problematik der Bestimmung der Hohlraumgehalte an Laborproben durch Vergleiche mit Schnittbildanalysen und CT-Messungen bestätigt., Schriftenreihe / Lehrstuhl für Verkehrswegebau, 38

Der stabilisierende Effekt von Bentonitsuspensionen, die unter hydrostatischem Druck in den Porenraum kohäsionsloser Lockergesteine unter Grundwasser eindringen, wird u. a. zur Ortbruststützung beim maschinellen Vortrieb mit Flüssigkeitsschild genutzt. Während des Eindringvorgangs lagern sich die dispergierten Bentonitpartikel an Porenengstellen im Korngerüst ein. In dieser Arbeit wird ein Verfahren basierend auf der Gleichstromgeoelektrik entwickelt, welche zeitliche Veränderungen des elektrischen Widerstandes der Versuchsmedien (Boden und Bentonitsuspension) erfasst. Im Detail werden Säulenversuche mit kontinuierlicher elektrischer Widerstandsmessung genutzt, um zum einen den wirkenden Stützdruckübertragungsmechanismus anhand des zeitlichen und räumlichen Penetrationsverlaufs zu erkennen. Andererseits erfolgt die Überprüfung von Berechnungsansätzen der DIN 4126 (09/2013) zur Ermittlung des Stagnationsgradienten, der maximalen Eindringtiefe sowie der wirksamen Stützdruckübertragung.

In der Dissertation werden modulare unbewehrte Fachwerkknoten aus einem ultrahochfesten Polymerbeton für hybride und nicht hybride ebene Fachwerke entwickelt. Wesentliche Aspekte der Entwicklung sind experimentelle Untersuchungen zum Materialverhalten eines Polymerbetons, die Ableitung eines Material- und Verbundmodells für Polymerbeton sowie numerische Untersuchungen zum Tragverhalten und zur Tragfähigkeit der Fachwerkknoten. Die numerischen Untersuchungen umfassen verschiedene Einflussfaktoren wie unterschiedliche Knotenanschlüsse, variierende Beanspruchungen und Imperfektionen. Daraus folgend werden Empfehlungen und Hinweise zur konstruktiven Ausführung und Bemessung der Fachwerkknoten gegeben. Die Arbeit schließt mit der Anwendung der Fachwerkknoten im Realmaßstab., Schriftenreihe des Instituts für Konstruktiven Ingenieurbau / Lehrstuhl für Massivbau, 2023-4

In dieser Arbeit werden zwei Methoden zur Optimierung der Kernstruktur von Flächentragwerken entwickelt. Der Fokus liegt in einer optimierten Gestaltung des Querschnitts. Die entwickelten Methoden liefern Ansätze für den Entwurf von Platten oder Schalen mit maximaler Steifigkeit bei minimalem Gewicht. Beide Methoden basieren auf Erweiterungen der klassischen Ansätze der topologischen Optimierung. Als Ergebnis stellt sich jeweils eine am inneren Kraftfluss orientierte Verteilung von Verstärkungsrippen ein. Einerseits ergibt sich eine Verteilung mit freien geometrischen Formen und freier lokaler Zusammensetzung des Querschnitts. Andererseits wird die Geometrie eines Querschnitts vorgegeben, der in Abhängigkeit der Dichte variiert. Am Beispiel einer uniaxial gekrümmten, großformatigen Schale aus Hochleistungsbeton werden die beiden entwickelten Methoden zur Optimierung der Kernstruktur genutzt., Schriftenreihe des Instituts für Konstruktiven Ingenieurbau / Lehrstuhl für Massivbau, 2023,3

Stahlfaserbeton ersetzt Bewehrung. Dafür wird die Stahlfasermenge für eine größtmögliche Tragfähigkeit auf 140 kg/m\(^{3}\) maximiert und gesteuert ausgerichtet. Die eindimensionale Ausrichtung der Fasern gelingt über eine Innenschalung, welche Balken längs in Lamellen unterteilt, an denen sich die Fasern ausrichten. Für flächige Bauteile werden die Fasern indirekt über die Betonage und Geometrie gesteuert. Ein Aufstellen der Fasern wird verhindert. Die Tragfähigkeit wird in 4-Punkt-Biegeversuchen in axialen Zugversuchen an knochenförmigen Probekörpern geprüft. Für Letztere wird ein Versuchsstand entwickelt und qualifiziert. Es erfolgt die Kombination der gesteuerten Ausrichtung und die hohe Festigkeit zu einem Bewehrungskonzept. Dafür wird der Stahlfaserbeton als dünne Platte gefertigt, die die Biegezugbewehrung in einem Einzelfundament ersetzen soll. Das Fundament wird einem betonstahlbewehrten gegenübergestellt und auf dem Niveau der Tragfähigkeit und der Gebrauchstauglichkeit verglichen., Schriftenreihe des Instituts für Konstruktiven Ingenieurbau / Lehrstuhl für Massivbau, 2023,1

Dynamische Beanspruchungen können das Ergebnis natürlicher oder vom Menschen verursachter Aktivitäten sein. Partikeleigenschaften wie Korngröße, Korngrößenverteilung, Mineralogie, Feinkorngehalt und Kornform spielen hierbei eine wichtige Rolle und beeinflussen das mechanische Verhalten der Böden. In dieser Arbeit wird der Einfluss verschiedener Partikeleigenschaften wie Korngröße, Korngrößenverteilung und Kornform auf das inhärente, statische, zyklische und dynamische Verhalten granularer Materialien untersucht. Neben der Kornform wird der Einfluss der Korngrößenparameter auf die Lagerungsdichte von granularen Böden untersucht. Darüber hinaus wurde eine Reihe von Triaxial- und Resonanzsäulenversuchen unter verschiedenen Randbedingungen an drei Materialien mit sehr unterschiedlichen durchgeführt, um den Einfluss der Kornform auf verschiedene Bodeneigenschaften zu quantifizieren. Am Ende, die experimentellen Ergebnisse wurden anschließend im Kontext der Mikromechanik diskutiert., Schriftenreihe des Lehrstuhls für Bodenmechanik, Grundbau und Umweltgeotechnik, 75

Die hybride Brandsimulation (HFS) ist eine neuartige Methode zur Analyse der Gesamtstrukturen im Brandfall. Bei dieser Methode wird der Teil eines Bauwerks, das einem Brand ausgesetzt ist, in einem Brandversuch physikalisch getestet, während der Rest des Bauwerks numerisch modelliert wird. Bei HFS als erweiterter FE-Simulation kontrolliert und aktualisiert das numerische Modell kontinuierlich die Daten des laufenden Brandversuchs. In dieser Dissertation wird ein kleines Benchmark-Problem mit einem Freiheitsgrad verwendet. Es werden eine Reihe von hybriden Brandsimulationen durchgeführt und die Robustheit und Genauigkeit des implementierten HFS-Frameworks wird durch die Untersuchung verschiedener Parameter, wie z.B. des angewandten Lastverhältnisses, der Aufheizrate sowie einflussreicher rechnergestützter Faktoren, validiert. Darüber hinaus wird der Einfluss des Wärmeübergangs an der Schnittstelle von Substrukturen im Hybridmodell durch einen virtuellen HFS-Ansatz dargestellt., Hybrid fire simulation (HFS) is a novel method for analysis of global performance of structures in fire. In the principles of this method, the part of a structure subjected to fire is physically tested in a fire test while the rest of the structure is numerically modeled. In HFS as an extended FE simulation, the numerical model continuously controls and updates the data of the ongoing fire test. In this dissertation, a small-scale one-degree-of-freedom benchmark problem is applied. A series of hybrid fire simulations are performed and the robustness and accuracy of the implemented HFS framework are validated by investigating various parameters as applied load ratio, heating rate as well as influencing computational factors. Additionally, the influence of heat transfer at the interface of substructures in hybrid model is also presented by a virtual HFS approach.

Beim Vortrieb mit Erddruckschildmaschinen können bindige Böden zu Verklebungs-erscheinungen führen und gravierende Folgen auf Leistung und Kosten hervorrufen. Eine wesentliche Folge von Verklebungen ist der Verlust der Verarbeitbarkeit, zu deren Charakterisierung bislang der aus der Betontechnologie entlehnte Slump Test verwendet wird. Dieser ist jedoch nicht hinreichend für Experimente mit bindigen Böden geeignet. Des Weiteren sind die Ergebnisse des Slump Tests häufig von manuellen Einflüssen abhängig und weisen eine große Streuung auf. Im Fokus der vorliegenden Arbeit steht die Entwicklung eines kraft- als auch weggeregelten Penetrationsverfahrens zur Messung der Verarbeitbarkeit sowohl von bindigen als auch nicht-bindigen Böden. Ausgangspunkt ist die bekannte Korrelation der Kegelpenetration zur Konsistenz bindiger Böden. Die Bandbreite der untersuchten Baugrundtypen umfasst konditionierte Abbauprodukte aus veränderlichem Festgestein, wie Mergelstein, aus Tonböden und aus Sanden.

In der Arbeit wird eine Methode zur Steuerung von Schnittgrößen durch geregelte Temperaturinduktion entwickelt und experimentell an Stahlbetonbalken validiert. Zur gezielten Temperaturinduktion werden zunächst Heiz- und Kühlsysteme entwickelt und technisch umgesetzt. Wesentliche Entwicklungspunkte sind die präzise Regelung der Bauteiltemperatur und die Erzielung vertikaler Gradienten. Zur Steuerung der aus den induzierten Temperaturfeldern hervorgehenden Schnittgrößen werden Berechnungsverfahren für beliebige statisch unbestimmte Systeme sowie linear-elastisches und nichtlineares Materialverhalten abgeleitet. Mit der entwickelten Methode können Schnittgrößen in Tragwerken neutralisiert, reduziert oder umgelagert werden. Es werden zwei Verfahren zur praktischen Umsetzung der Schnittgrößensteuerung bei der Herstellung und der Verstärkung von Tragwerken eingeführt. Ergänzend zeigen numerische Simulationsrechnungen die Machbarkeit der Temperaturregelung an realmaßstäblichen Brücken., Schriftenreihe des Instituts für Konstruktiven Ingenieurbau / Lehrstuhl für Massivbau, 2023,2

PIn der vorliegenden Arbeit werden mehrere statistische Methoden, die in verschiedensten Forschungsbereichen eingesetzt werden, im Hinblick auf ihren Nutzen im Zusammenhang mit geotechnischen Problemen betrachtet, bei denen die Unschärfe der Bodenparameter maßgebend ist und Messdaten oft nur in geringem Umfang über größere Modell-/Systembereiche verteilt sind. Die verwendeten Methoden zur statistischen Versuchsplanung (OED) sind die globale Sensitivitätsanalyse, die Bootstrap-Auswertung und das Bayes'sche Verfahren. Diese Methoden werden im Detail vorgestellt und auf repräsentative Probleme wie ein geotechnisches Laborgerät, die auf einen Deich wirkende Wasserabsenkung und den maschinellen Tunnelbau angewendet. Um die mit der Finite-elemente-Methode erstellten Modelle dieser Probleme systematisch zu bewerten, werden weitere mathematische Werkzeuge wie Metamodellierung und Optimierungsalgorithmen eingesetzt und in einem zusätzlichen Kapitel vorgestellt., Schriftenreihe des Lehrstuhls für Bodenmechanik, Grundbau und Umweltgeotechnik, 71

The majority of offshore wind farms (OWFs) are equipped with Structural Health Monitoring (SHM) system. However, since most of them are implemented to only fulfill the minimum requirement, the benefits that could have been obtained from SHM are not yet being fully utilized. The presented work used SHM data from several operating offshore wind turbines (OWTs) in the North Sea to show the added value of SHM for effective operational life cycle management of OWFs. The developed three-stage data analysis approach is used to investigate several application cases to highlight the benefits. Furthermore, an artificial neural network is developed to extrapolate the SHM results from the monitored to the unmonitored OWTs. To make up for the absence of monitored damage scenarios, a validated FE model is used to simulate damages and observe their effect on damage sensitive parameters. In addition, a procedure is outlined to incorporate SHM based stress magnitude for risk based inspection planning., Die meisten Offshore-Windparks sind mit einem Structural Health Monitoring (SHM)-System ausgestattet. Die Vorteile von SHM-Systemen werden jedoch noch nicht in vollem Umfang genutzt. In der vorliegenden Arbeit werden SHM-Daten von Offshore-Windenergieanlagen (OWEA) in der Nordsee verwendet, um den Mehrwert von SHM für ein effektives Management des Lebenszyklus aufzuzeigen. Um dies zu verdeutlichen, wird ein Datenanalyseansatz entwickelt, der für die Untersuchung verschiedener Anwendungsfälle verwendet wird. Darüber hinaus wird ein künstliches neuronales Netz aufgebaut, das die Extrapolation von SHM-Ergebnissen der überwachten OWEA auf die nicht überwachten OWEA ermöglicht. Da es keine überwachten Schadensszenarien gibt, wird ein validiertes FE-Modell verwendet, um Schäden zu simulieren. Dies erlaubt die Beobachtung der Beeinflussung schadensempfindlicher Parameter. Zudem wird eine Methode zur Einbeziehung von SHM-basierten Spannung für risikobasierte Inspektionsplanung dargestellt.

Im Zuge dieser Arbeit wurden 171 Bindemittel unterschiedlichster Art, Modifikation und Alterungsgrad mit ausgewählten DSR-Methoden untersucht. Für jede DSR-Methode wurden verschiedene Bewertungsansätze statistisch ausgewertet und analysiert. Aufbauend auf den ermittelten Ergebnissen, kann als Schnellprüfverfahren der Scher-Relaxationsversuch (SRV) empfohlen werden. Für den SRV wurde als Bewertungsparameter das Integral der Scherspannung während der Relaxationsdauer empfohlen. Alternativ ist auch die Prüfung mit der PP04-Messgeometrie geeignet. Diese ist zeitaufwendiger, ermöglicht allerdings eine detailliertere wissenschaftliche Charakterisierung der Tieftemperatureigenschaften. Aufbauend auf Korrelationen mit anderen Prüfverfahren (BBR) sowie den Ergebnissen der Bindemittel aus bekannten Schadensfällen konnten für beide Methoden Grenzwerte vorgeschlagen werden, mit denen die mögliche Bildung von Rissen aufgrund von mangelhaftem Tieftemperaturverhalten abgegrenzt werden kann.

Die Dissertation leistet einen Beitrag zur Fragestellung, welcher Komplexitätsgrad einer numerischen Modellierung für eine Prognose und Beurteilung des Tragverhaltens von Verbunddecken mit ungeschützten Stahlträgern im Brandfall notwendig ist. Die Beurteilung erfolgt mit dehnungsbasierten Tragfähigkeitskriterien auf Basis der Werkstoffgesetze. Für Schrauben wird ein vereinfachter Ansatz entwickelt. Es wird ein numerisches Modell der Tragkonstruktion inklusive geschraubte Anschlüsse entwickelt und validiert. Mittels Parameteruntersuchungen werden der Einfluss des Detaillierungsgrades des Finite-Element-Modells auf die Feuerwiderstandsdauer, die Wirtschaftlichkeit der Konstruktion sowie die ingenieurpraktische Beurteilbarkeit untersucht. Die Prognose des Tragverhaltens im Brandfall mit Dehnungskriterien erweist sich im Gegensatz zu den in der Ingenieurpraxis verbreiteten Durchbiegungskriterien aus der versuchsbasierten Klassifizierung von Bauteilen als geeignete Methode.

Die ökologische Betrachtung von Infrastrukturbauwerken erfolgt nur selten, obwohl der Bausektor einen großen Teil des weltweiten Ressourcenverbrauchs ausmacht und Deutschland bis 2045 klimaneutral werden soll. Auch bei der Vergabe von kommunalen Bauprojekten ist davon auszugehen, dass die ökologischen Qualitäten wenig Beachtung finden, da es an Erfahrungen, kostengünstigen Werkzeugen und an Beispielen für die Ermittlung der ökologischen Auswirkungen fehlt. Ziel dieser Arbeit war die Erstellung von Ökobilanzen, um erstmals die Umweltauswirkungen von Geh- und Radwegbrücken zu ermitteln. Dazu wurde aus den Erkenntnissen einer Literaturrecherche und den Normen ISO14040, ISO14044 sowie EN 15978 ein methodisches Vorgehen erarbeitet und ein Berechnungstool entwickelt, mit dem 20 Geh- und Radwegbrücken ökobilanziert wurden. Die Ergebnisse bilden erstmalig Wertekorridore ab, die anzeigen, wie Geh- und Radwegbrücken ökobilanziell in den einzelnen Kategorien (GWP, PENRE etc.) abschneiden.

Der Informationsmangel über standortspezifische Lasten, limitierte Messpunkte an der Tragstruktur und fehlende Überwachungsdaten während des Betriebs stehen der Entwicklung fortschrittlicher Strategien zur Ermüdungserfassung und Verlängerung des Betriebs von Windenergieanlagen entgegen. In dieser Arbeit wird ein neuer Methodenrahmen zur Rekonstruktion der ermüdungsrelevanten Schubkraft durch die Entwicklung inverser Modelle dargestellt. Es handelt sich um ein hybrides Verfahren, das Messungen und Finite-Elemente-Modellierung kombiniert. Die erhaltene Schubkraft enthält die standortsspezifischen Lastinformationen und kann im Rahmen eines "Virtual Sensor"-Konzeptes verwendet werden, um die Messungen über die Messstellen hinaus zu erweitern. Die Strategie wird an einer Windkraftanlage demonstriert und numerisch validiert. In einem zweiten Schritt wird eine auf maschinellem Lernen basierende Methodik zur Bestimmung der Ermüdungsschäden bei fehlenden Messdaten entwickelt und demonstriert., The lack of information about the actual site-specific loading conditions, limited measurement points at the support structure, and missing monitoring data during operation stand in a way of developing more advanced strategies for fatigue assessment and lifetime extension of wind turbines. In this work, a novel framework for reconstructing the fatigue-relevant rotor thrust force by developing inverse models is presented. It is a hybrid strategy that combines sensor measurements at the structure and Finite Element Model (FEM) analysis. The reconstructed force provides the site-related loading information and can be used in frames of a virtual sensor strategy to extend the response measurements beyond the sparse sensor locations. The proposed framework is demonstrated on a full-scale wind turbine and validated numerically. Additionally, a novel machine learning-based approach to provide fatigue damage information when monitoring data is missing is introduced and demonstrated.

In dieser Arbeit werden Beiträge zur numerischen Modellierung des Installationsprozesses und der anschließenden hochzyklischen Belastung von Pfählen vorgestellt, wie sie für Pfahlgründungen für Offshore-Windenergieanlagen relevant ist. Dafür werden spezielle hydraulisch-mechanisch gekoppelte Finite Elemente Formulierungen, verschiedene Mortar-Kontakt Diskretisierungen und konstitutive Interface-Modelle basierend u.a. auf der Hypoplastizität entwickelt. Außerdem werden Stoffmodelle für die Modellierung des Bodenverhaltens bei einer Belastung mit Millionen von Lastzyklen (sogenannte hochzyklische Akkumulationsmodelle) erweitert. Die Simulation des Rammvorgangs mit einer (hydraulisch-mechanisch gekoppelten) Coupled Eulerian-Lagrangian Methode zeigt, dass bessere Dränagebedingungen während des Rammvorgangs geringere Akkumulation bleibender Verformungen bei der anschließenden hochzyklischen lateralen Belastung durch Wind und Wellengang bewirken., This work presents contributions to the numerical modelling of the installation process and subsequent high-cyclic loading of piles, such as relevant for pile foundations for offshore wind turbines. For this purpose, special hydro-mechanically coupled finite element formulations, different mortar contact discretisation techniques and constitutive interface models based on, among others, Hypoplasticity are developed. In addition, constitutive models for the prediction of the mechanical response of soils to millions of load cycles (so-called high-cycle accumulation models) are extended. The simulation of the pile installation process using a (hydro-mechanically coupled) Coupled Eulerian-Lagrangian method shows that the better the drainage conditions during driving, the lower the accumulation of permanent deformations during subsequent high-cyclic lateral loading due to wind and water waves.

Die Dichtheit ist neben der Standsicherheit und Betriebssicherheit das dauerhafte Funktionsziel von Abwasserleitungen. Zur Feststellung der Dichtheit stehen diverse Prüfverfahren zur Verfügung: Die Dichtheitsprüfung mit Wasser oder Luft und die optische Inspektion. Im Rahmen der Arbeit wurde die Aussagekraft der verschiedenen Prüfverfahren von Anschlussleitungen erstmalig auf Grundlage empirischer Untersuchungen unter Labor- und Praxisbedingungen bestimmt. Es zeigte sich, dass undichte Leitungen durch sämtliche Dichtheitsprüfverfahren mit sehr hoher Zuverlässigkeit erkannt werden. Demgegenüber können dichte Leitungen bei Dichtheitsprüfungen in 10 bis 20 Prozent der untersuchten Fälle auch fälschlicherweise als „undicht“ eingestuft werden. Noch weniger zuverlässig ist die optische Inspektion, wenn kein Grundwasser ansteht. Abschließend wurden auf Basis der erzielten Ergebnisse konkrete Handlungsempfehlungen gegeben, welche die Prüfungsdurchführung zuverlässiger gestalten., Schriftenreihe Siedlungswasserwirtschaft, 82

Verfahren mit Einsatz von Pulveraktivkohle (PAK) zum R��ckhalt organischer Spurenstoffe wurden untersucht und gegen��bergestellt. ��hnliche Eliminationsraten bei der simultanen Dosierung wie bei der nachgeschalteten Dosierung wurden unter Zugabe der doppelten PAK-Dosiermenge erzielt. Zum Erreichen des definierten Eliminationsziels lag das normierte DOC-Verh��ltnis bei der simultanen Dosierung bei mindestens 1,8 mg\(_{PAK}\)/mg\(_{DOC}\) und in den nachgeschalteten PAK-Stufen bei 0,8 mg\(_{PAK}\)/mg\(_{DOC}\) bzw. bei 0,6 mg\(_{PAK}\)/mg\(_{DOC}\). In anaerobe Batch-Tests wurde gezeigt, dass Carbamazepin und Metoprolol weiter an PAK adsorbierten, es bei Diclofenac zu einer Freisetzung in die Fl��ssigphase kam. Die Daten der Batch-Ans��tze sowie die Ergebnisse der halbtechnischen Versuche wurden in Bilanzen ��bertragen. Untersuchungen im Vorfluter der gro��technischen nachgeschalteten PAK-Stufe zeigten, dass in dem leistungsschwachen Vorfluter die Vorsorgewerte nicht f��r alle der betrachteten Arzneimittelr��ckst��nde eingehalten wurden., Schriftenreihe Siedlungswasserwirtschaft, 81

Die Ber��cksichtigung von Fluid-Struktur-Interaktionen (FSI) zwischen Ingenieurbauwerken und dem Wind ist eine fundamentale Herausforderung des Windingenieurwesens. Ein noch nicht vollst��ndig verstandenes FSI-bedingtes Ph��nomen stellen hierbei wirbelinduzierte Schwingungen dar. Um das Verst��ndnis dieser Schwingung bei unter- und ��berkritischen Reynoldszahlen zu verbessern, verwendet diese Arbeit eine hybride Strategie, die auf der Durchf��hrung von CFD-Simulationen (Computational Fluid Dynamics) und dem Heranziehen experimentellen Ergebnissen beruht. Die Bewertung der Simulationsergebnisse durch Validierung mit experimentellen Daten erlaubt in einem zweiten Schritt das Erlangen neuer Erkenntnisse ��ber die Natur von wirbelinduzierten Schwingungen, die ��ber die experimentellen Daten hinaus gehen. Die Simulationen umfassen Unsteady Reynolds-Averaged Navier-Stokes Simulationen und Large-Eddy-Simulationen an station��ren, gef��hrt bewegten und frei schwingenden Kreiszylinderabschnittsmodellen.

Die rechnerische Prognose der Asphaltsteifigkeit mit Hilfe von Asphalt- und Bindemitteleigenschaften ist aufgrund der Bedeutung der Asphaltsteifigkeit bei der Dimensionierung von Asphaltschichten seit Jahrzehnten das Ziel von Forschern. Ziel der vorliegenden Arbeit war die Pr��fung der Anwendbarkeit von bestehenden Modellen zur Prognose der Asphaltsteifigkeit von Asphaltgemischen mit Asphaltgranulat und Rejuvenatoren. Aufgrund unzureichender Genauigkeiten bei der Prognose wurden die Modelle angepasst und ein eigenes Modell basierend auf einer multiplen nicht-linearen Regression der Einflussgr����en F��ller-Bindemittel-Verh��ltnis, fiktiver Hohlraumgehalt, komplexer Schermodul und Phasenwinkel entwickelt. Die Basis f��r die Modellbildung waren umfassende frequenz- und temperaturvariable rheologische Untersuchungen an den r��ckgewonnenen Bindemitteln im DSR und zur Validierung der Modelle eine ebenso frequenz- und temperaturvariable experimentelle Bestimmung der Asphaltsteifigkeiten., Schriftenreihe / Lehrstuhl f��r Verkehrswegebau, 34

Das globale Ziel der vorliegenden Arbeit war die Erfassung der Auswirkungen einer erm��dungsbedingten Betondegradation auf das Eindringverhalten fl��ssiger Medien. Dazu wurden die Degradation infolge zyklischer Biegeschwellbelastung, der Transport fl��ssiger Medien in Beton und das Einwalken einer Fl��ssigkeit unter ��berrollenden Reifen, die einen in den Beton gerichteten hydraulischen Druck erzeugen, separat betrachtet und anschlie��end deren Interaktionen experimentell untersucht und quantifiziert. Die Degradation wurde in einem Mehrfachpr��fstand durch zyklische Biegeschwellbelastung simuliert. Dabei konnte ein Abfall der Steifigkeit mit zunehmender Lastzyklenzahl und mit h��herem Spannungsniveau festgestellt und quantifiziert werden. An vorgesch��digten Probek��rpern wurde Eindringverhalten sowohl durch kapillares Saugen als auch durch Permeation untersucht. Dabei konnte eine Zunahme der Wasseraufnahme und der Wassereindringtiefe mit zunehmender Vorsch��digung nachgewiesen werden.

Infrastrukturbauwerke altern. Um ihre Deterioration im Blick zu behalten, bieten sich Ultraschall Codawellen an. Der in dieser Dissertation vorgestellte empirische Ansatz ermöglicht es die Tragfähigkeit von biegebeanspruchten Stahlbetonstrukturen mit Ultraschall Codawellen zu bewerten. Die zugrunde liegende Methodik basiert auf mechanischen, thermischen und thermo-mechanischen Versuchen an Stahlbetonbalken. Die Idee basiert auf der volumenartigen Akkumulation von Einflüssen durch Codawellen. Inspiriert davon, wird die Dehnung des Bewehrungsstahls bereichsweise zusammengefasst. Die Korrelation der beiden Größen (relative Geschwindigkeitsänderung und mittlere Bauteildehnung) zeigt einen linearen Zusammenhang. Praktisch ist es so möglich, Stahlbetonstrukturen mithilfe von Ultraschallmessungen zu überwachen und auch unter fortschreitender Rissbildung die Tragfähigkeit stets genau anzugeben., Schriftenreihe des Instituts für Konstruktiven Ingenieurbau / Lehrstuhl für Massivbau, 2022,2

Unterirdische Leitungen und Kanäle konkurrieren in Städten oftmals mit Bäumen und Baumwurzeln um den unterirdischen Raum, wodurch es für beide Seiten zu schädlichen Wurzel-Rohr-Interaktionen kommen kann. Um Leitungen und Kanäle vor Wurzeleinwuchs zu schützen, können bautechnische Schutzmaßnahmen eingesetzt werden, z.B. wurzelfeste Rohrverbindungen, porenraumarme Verfüllstoffe sowie Folien und Platten. Eine Literaturrecherche zu bisher durchgeführten Untersuchungen zu diesen Schutzmaßnahmen zeigt, dass viele offene Fragestellungen zur Wirksamkeit dieser Schutzmaßnahmen und deren Überprüfung bestehen. Hier setzen die umfangreichen experimentellen Untersuchungen der vorliegenden Arbeit an., Buried pipes and sewers often have to compete with trees and tree roots for the underground space in cities, which can lead to root-pipe interactions that are harmful to both. Structural protective measures can be used to protect pipes and sewers from root ingrowth, e.g., root-resistant pipe joints, low-porosity backfill materials, and root resistant barriers (sheets and plates). A literature review of previous studies on these protective measures found that there are many unanswered questions concerning their effectiveness and methods for testing them. These are the reasons for the extensive experimental investigations undertaken for this thesis.

Wasserlösliche Polymere sind auf dem Gebiet der Geotechnik von wachsender Bedeutung. Sie werden zur Erzeugung von Saugspannungen im Bereich der experimentellen teilgesättigten Bodenmechanik, als Ersatz oder zur Verbesserung der Eigenschaften von Bentonit in Stützflüssigkeiten und zur Modifizierung von Ton für den Einsatz in Abdichtungen verwendet, um nur einige Anwendungen zu nennen. Die Modifikation von Ton mittels Polymeren basiert dabei auf verschiedenen Mechanismen, die sich nach Beschaffenheit des Polymers deutlich unterscheiden. Die vorliegende Arbeit befasst sich mit dem Einfluss von Polymereigenschaften auf das hydro-mechanische Verhalten von modifiziertem Bentonit. Diese Frage wurde basierend auf einer Analyse der physikalisch-chemischen Eigenschaften der beiden Ausgangsmaterialien und einer experimentellen Untersuchung von unterschiedlichen Mischungen behandelt. Grundlegende Konzepte der Polymerchemie wurden auf geotechnische Fragestellungen angewendet., Schriftenreihe des Lehrstuhls für Bodenmechanik, Grundbau und Umweltgeotechnik, 72

Ein Ziel dieser Arbeit war der Vergleich rheologischer Prüfverfahren zur Beurteilung der Tieftemperatureigenschaften von Bitumen. Neben BBR-Untersuchungen wurden Zug-, Scher- sowie Oszillationsversuche im DSR durchgeführt. Der Vergleich zeigt, dass die Kennwerte stark korrelieren. Die Ergebnisse der Oszillationsversuche wurden zusätzlich in Masterkurven transformiert und aus diesen wurden zu den BBR-Kennwerten äquivalente Kennwerte bestimmt. Darüber hinaus wurden die Kennwerte zum Tieftemperaturverhalten und zur Steifigkeit des Bindemittels skalenübergreifend mit Kennwerten auf Mastix- und Asphaltebene betrachtet. Die Betrachtung von Bindemittel-, Mastix- und Asphaltsteifigkeit zeigte, dass das Bindemittel mit potenzförmiger Funktion die Eigenschaften der weiteren zwei Ebenen mit Bestimmtheitsmaßen > 90 % beeinflusst. Das Potential aus der skalenübergreifenden Betrachtung von Kennwerten zur Beurteilung der Performance-Eigenschaften konnte in dieser Arbeit deutlich aufgezeigt werden., Schriftenreihe / Lehrstuhl für Verkehrswegebau, 36

The lack of effective exploration methods during mechanized tunneling can lead to damages of the tunnel boring machine and to delays in the excavation process. Detailed knowledge about the soil properties can be gained with the aid of seismic wave propagation, where a methodology called full waveform inversion may bring higher resolutions and ranges than state-of-the-art methods. Instead of using classical adjoint inversion, Bayesian full waveform inversion is applied, where the optimization is based on Bayesian inference. To reduce the complexity of the objective functional, the dimensionality of the inverse problem is decreased by implementing adapted parametrizations of the subsoil models. Two methods are elaborated and validated with synthetic data as well as experimental data which is acquired in an ultrasonic laser laboratory. It is shown that the methods can deliver precise model reconstructions with a certain robustness against noise, measurement errors and modeling errors., Effektive Vorauserkundungsmethoden im maschinellen Tunnelbau sind essenziell, um Schäden und Stillstände der Tunnelbohrmaschine zu vermeiden. Ein detailliertes Wissen über die Bodeneigenschaften kann mithilfe von seismischer Wellenausbreitung gewonnen werden, wobei eine Full Waveform Inversion höhere Auflösungen und Reichweiten als etablierte Methoden liefern kann. Anstatt Adjoint-Methoden zu verwenden, wird der Ansatz der Bayesschen Full Waveform Inversion mit dem Wirkprinzip der Bayesschen Inferenz verfolgt. Um die Komplexität der Zielfunktion zu verringern, wird die Dimension des inversen Problems reduziert, indem angepasste Parametrisierungen des Bodenmodells implementiert werden. Es werden zwei Methoden verwendet und anhand von synthetischen und experimentellen Daten validiert, wobei letztere Daten aus einem Laborversuch gewonnen werden. Die Methoden liefern präzise Modellrekonstruktionen und erweisen sich als robust gegenüber Rauschen sowie Mess- und Modellierungsfehlern., Mitteilungen aus dem Institut für Mechanik, 189

Obwohl 7,5% aller Erwerbstätigen in der Europäischen Union im Baugewerbe arbeiten, entfallen auf sie 15% aller Unfälle und 30% aller tödlichen Arbeitsunfälle. Jeder fünfte dieser Unfälle kommt durch zu nahen Kontakt mit Baumaschinen oder Teilen davon im komplexen und dynamischen Baustellenumfeld zustande. Dies macht das zeitnahe Erkennen, Melden, Analysieren und Beheben von Gefahrenstellen zwingend erforderlich. Der Einzug der Digitalisierung im Bauwesen ermöglicht den Einsatz neuer Technologien, die zu einer Erhöhung der Arbeitssicherheit führen können. So lassen sich beispielsweise mithilfe moderner Annäherungs- und Warntechnologie die Arbeiter und Maschinenführer in Echtzeit warnen. Erstellte Berechnungsalgorithmen ermöglichen es den Sicherheitsfachkräften das automatische Ableiten von Detailinformationen zu bisher nicht bekannten Risiken. Diese finden nun Verwendung in einer modellbasierten Arbeitsvorbereitung und Sicherheitsschulung, um die Gefahrenstellen proaktiv zu vermeiden., Although around 7.5% of all workers in the European Union work in construction, they account for 15% of all the accidents and for 30% of all the fatalities at work. Every fifth of these accidents result from workers colliding with objects or vehicles while being in the rather complex and dynamic work environment. The advent of digitization in the construction industry now enables the use of new technologies which can lead to an increase in occupational safety. For example, modern proximity detection systems and alerting technology can warn workers and machine operators in runtime when people and machines are approaching dangerously. Computational algorithms that have been created then can enable safety specialists to automatically derive detailed information on previously unknown risks. These can in turn be used along the entire construction safety management chain, in improved work preparation and model-based safety planning and training, in order to proactively avoid the dangers.

Die vorliegende Arbeit untersucht in einer ersten Versuchsreihe die Biowasserstoffproduktion mittels dunkler Fermentation (DF) aus organischen Reststoffen und industriellen Abwässern. Dabei sind Versuche zum Biowasserstoffpotential 12 industrieller Abwässer aus der Zucker-, Textil-, Lebensmittel- und Milchindustrie unter mesophilen und thermophilen Bedingungen, mit unterschiedlichen Substratkonzentrationen und granuliertem sowie Faulschlamm durchgeführt worden. Eine weitere Versuchsreihe untersucht die Prozessstabilisierung durch eine pH-Wert abhängige Fütterungsstrategie durch Substrate mit hoher Pufferkapazität, mit dem Ziel einen pH-Wert von 5,5 in den Bio-Reaktoren kontinuierlich aufrechtzuerhalten. Schließlich untersucht die Arbeit die Eignung von Reaktoren mit expandiertem Granulat-Schlammbett (EGSB) für die DF, mit dem Zeil die Stabilität des Granulat-Schlamms sowie die Erhöhung der Wasserstoffproduktionsraten und -erträge gegenüber Rührkesselreaktoren darzustellen., Schriftenreihe Siedlungswasserwirtschaft, 83

Ankerschienen sind linienförmige Befestigungsmittel, die aus einem c-förmigen Stahlprofil mit rückseitig angebrachten Ankern bestehen. Sie werden verwendet, um Belastungen in Betonstrukturen einzuleiten. Das Tragverhalten räumlich beanspruchter Ankerschienen mit Anteilen in Längsrichtung wurde in der Literatur bisher nicht untersucht und steht daher im Fokus dieser Arbeit. Wesentliche Entwicklungen erfolgen für die Beschreibung der Interaktionseinflüsse bei Betonversagen, indem Interaktionsgleichungen für ein Bemessungsmodell entwickelt werden. Die Gleichungen basieren auf den Ergebnissen experimenteller Untersuchungen, für deren Durchführung ein universeller Versuchsstand entwickelt wird. Des Weiteren wird ein Lastverteilungsmodell für Belastungen in Längsrichtung der Schiene entwickelt. Dessen Verifikation erfolgt anhand experimenteller Untersuchungen, in denen durch den Einsatz faseroptischer Messtechnik erstmals Ankerkräfte im Versuch (indirekt) erfasst werden., Schriftenreihe des Instituts für Konstruktiven Ingenieurbau / Lehrstuhl für Stahlbeton- und Spannbeton, 2021,3

Ziel der Arbeit ist die Entwicklung eines validen kraftbasierten Prognoseverfahrens für die Erschütterungsimmissionen durch dynamische Verdichtungsgeräte im Erd- und Asphaltbau. In diesem Verfahren soll die individuelle Kraftemission eines Gerätes mit der gemessenen Übertragungsadmittanz kombiniert werden. Die Admittanz vom Anregungspunkt auf einer Baustelle zum Immissionspunkt im Baugrund oder Gebäude wird mittels künstlicher Impulsanregung messtechnisch erfasst. Anhand von Messungen, die an verschiedenen Messorten mit unterschiedlichen Gerätetypen durchgeführt worden sind, werden mit einer indirekten Methode die spektralen Kraftemissionen der Maschinen ermittelt und zur Formulierung allgemeingültiger Kraftansätze für Prognosen ausgewertet. Wie die Validierung anhand der durchgeführten Messungen zeigt, wird im Gegensatz zu bisherigen Prognosemethoden durch die Kenntnis der Gerät-Boden-Interaktion und des tatsächlichen Übertragungsverhaltens eine erhöhte Prognosegenauigkeit erzielt., The objective of this work is to develop a validated predictive method for vibration immissions caused by dynamic soil and asphalt compactors, which is based on the individual force of the machine acting on the ground and the measured transfer mobility. The mobility between a source in a construction area to the receiver located on the ground or in a building is examined by applying artificial impulsive vibrations. Using data from measurements performed under various settings of site and ground conditions as well as machine types the emitted spectral forces are analyzed to derive universal force functions, which can be used for prognosis. The validation of the new predictive method shows an improved accuracy compared to conventional methods, which is achieved by knowledge of the interaction between machine and soil and the measured true transmission behavior., Schriftenreihe des Lehrstuhls für Statik und Dynamik, 2021,1

Für eine lange Nutzungsdauer von Asphalt spielt der Asphaltmastix eine wichtige Rolle. Dieser wird vom eingesetzten Bitumen sowie vom Füller beeinflusst und hat Auswirkungen auf die Asphalteigenschaften, wobei vor allem die Eigenschaften des Füllers sowie das Füller-Bitumen-Verhältnis maßgebend sein sollen. Im Rahmen dieser Dissertation wurde der Einfluss des Füllers auf das Alterungs- sowie Tieftemperaturverhalten von Mastix bzw. Asphalt untersucht. Anhand von rheologischen Prüfungen mittels Dynamischem Scherrheometer (DSR) sowie Biegebalkenrheometer (BBR) wurden die Mastixeigenschaften überprüft. Für die Beurteilung der Asphalteigenschaften wurden Performance-Prüfungen mittels Zug- und Abkühlversuch eingesetzt. Mithilfe von linearen sowie multiplen Regressionen konnten Zusammenhänge zwischen Füller , Mastix- und Asphalteigenschaften nachgewiesen werden, sodass auf Basis der rheologischen Mastixkennwerte eine Abschätzung der Asphalteigenschaften im Tieftemperaturbereich möglich ist., For a long service life of asphalt, the asphalt mastic is very important. It is affected by bitumen and filler and has effects on the asphalt properties, whereby the filler properties as well as the filler-bitumen ratio are significant. For this reason, within the scope of this dissertation, the influence of filler on the aging behavior and the low temperature behavior of mastic and asphalt was examined. In this study, the rheological properties of mastic were evaluated using a dynamic shear rheometer (DSR) and a bending beam rheometer (BBR). The Uniaxial Tension Stress Test and Thermal Stress Retained Specimen Test were used to assess the asphalt properties. Statistical analysis was employed to determine the relationship between filler, mastic and asphalt. Therefore, the linear and multiple regression was used. A correlation between mastic and asphalt was determined, so that the asphalt properties can be estimated on the basis of the mastic properties.

Betonfahrbahndecken werden neben dem für eine Alkali-Kieselsäure-Reaktion (AKR) fördernden Eintrag von Taumitteln, durch den Verkehr und klimatisch bedingten, zyklischen mechanischen Belastungen ausgesetzt. Keines der bisher entwickelten Prüfverfahren, um eine AKR zu verhindern, bezieht eine solche mechanische Belastung mit ein. Vor dem Hintergrund nach wie vor auftretender Schäden an Fahrbahndecken mit der Beteiligung einer AKR stellt sich die Frage, ob diese mechanischen Belastungen einen AKR-fördernden Einfluss haben. Im Rahmen dieser Arbeit wurde der Einfluss einer zyklischen mechanischen Belastung auf die AKR in Laborversuchen unter verschiedenen Aspekten untersucht. Unter Beachtung der bedingten Übertragbarkeit auf den Praxisfall lassen die Ergebnisse darauf schließen, dass zyklische mechanische Belastungen im Fall von erhöhten Spannungen durchaus einen Einfluss haben. Bei einer planmäßigen Funktion der Fahrbahndeckenkonstruktion spielen sie jedoch eine eher untergeordnete Rolle.

Kostenprognosen im Stra��entunnelbau unterliegen aufgrund zahlreicher Risiken und ungenauer Eingangsdaten einer gro��en Unsicherheit. Die Komplexit��t der Bauvorhaben und insbesondere die geotechnischen Herausforderungen f��hren h��ufig zur ��berschreitung der gesch��tzten Gesamtkosten. Stra��entunnel z��hlen jedoch zu den Bauwerken der ��ffentlichen Hand, f��r welche bereits im Rahmen fr��her Planungsphasen Kosten im Haushalt des Bundes oder der L��nder veranschlagt werden m��ssen. Zur Verbesserung von Kostenprognosen wurde seitens des BMVI und der BASt das Forschungsvorhaben FE15.577/2012/ERB "Verfahren f��r Kostenans��tze bei Stra��entunnel" initiiert, in dem vom Lehrstuhl f��r Tunnelbau, Leitungsbau und Baubetrieb neue Kostenstrukturen und Kostenmodelle entwickelt wurden. Im Rahmen der vorliegenden Dissertation wurden sie um ein Risikomodell erg��nzt. Daf��r wurden die Daten von insgesamt 17 Stra��entunnelprojekten der j��ngeren Vergangenheit in gro��er Detailtiefe analysiert.

Beim maschinellen Tunnelbau handelt es sich um eine Bauweise, welche in den letzten Jahrzehnten aufgrund der hohen Anforderungen, welche an den Ausbau der Infrastruktur in Großstädten gestellt wurde, auf ein großes Interesse gestoßen ist. Ein entscheidender Faktor um die Tunnelbauprojekte mit Tunnelvortriebsmaschinen (TVM) effizient zu gestalten ist es den abrasiven Verschleiß der Maschinenkomponenten beim Abbauprozess zu verstehen und vorherzusagen. Dies stellt das Hauptthema der vorliegenden Arbeit dar. In dieser Arbeit wird ein neuartiges Verschleißmodell zur Vorhersage der Abrasionsrate entwickelt. Dieses basiert auf der Idee die Ergebnisse einzelner Ritzversuch auf die gesamte Abrasionsrate einer Mischung aus abrasiven Partikeln zu übertragen. Das eingeführte Verschleißmodell führt zu geschlossenen Formbeziehungen und vermeidet aufwendige sowie rechenintensive 3D-Verschleißsimulationen., Mechanized tunneling is a construction method that gained high interest in the last decades, due to the high demands on infrastructure development in large cities. A decisive factor for the efficiency of the tunneling projects employing tunnel boring machines (TBMs) is to understand and predict the abrasive wear of the machine components during ground excavation. This constitutes the main topic of the present work. In this thesis, a novel wear model for the prediction of the abrasive wear rate is developed. It is based on the idea of extending the results of single scratch tests to the total wear rate produced by a mixture of abrasive particles. The introduced wear model leads to closed form relations and avoids complicated and computationally expensive 3D wear simulations., Mitteilungen aus dem Institut für Mechanik, 187

The fragmentation of the construction supply chain is widely discussed and criticized. Due to the interdependence between supply chain and construction site, the negative effects caused by a logistics or construction interruption can be amplified. This research aims to improve the integration of the construction supply chain by linking processes of off-site production, logistics and on-site construction. This research extracts data from Building Information Modeling (BIM) models and uses it to enhance off-site product and process data modeling and conduct lead-time control and site stock control., Die Fragmentierung der Lieferkette der Bauausf��hrung wird vielfach diskutiert und kritisiert. Die Interdependenz zwischen Lieferkette und Baustelle k��nnen die negativen Auswirkungen auf eine Logistik- oder Bauunterbrechung verst��rken. Das Ziel der Forschung ist, die Einbindung der Lieferkette in der Bauausf��hrung zu verbessern, in dem den Prozessen der werkseitigen Produktion, der Logistik und der Baustellenfertigung miteinander verkn��pft werden. In dieser Forschung werden die Daten aus BIM-Modellen (Building Information Modeling) extrahiert und verwendet, um die Modellierung der werkseitigen Produkt- und Prozessdaten zu verbessern, und die ��berpr��fung der Vorlaufzeit und der Lagerbest��nde auf der Baustelle durchzuf��hren.

In der Arbeit wird ein Experimentalkonzept zur Untersuchung des Durchstanzverhaltens dicker Stahlbetonplatten entwickelt, realisiert und an Versuchen demonstriert. Zur Überwindung der Größenbeschränkungen konventioneller Prüfverfahren nutzt es die Methode der Symmetriereduktion und erweitert einen bestehenden Ansatz auf großmaßstäbliche Probekörper. Die Symmetriereduktion erlaubt es, Abmessungen, Eigengewichte und Prüflasten der Platten entsprechend ihres Symmetriegrads zu verringern, ohne Einfluss auf die Maßstäblichkeit oder den Versagensmechanismus auszuüben. Die zentrale Herausforderung besteht dabei in der Umsetzung der Symmetrierandbedingungen, welche auch für die stark steigenden Anforderungen im Großversuch erfüllt werden müssen. Ein umfangreiches konsekutives Verifikationsprogramm und die Demonstration an dicken Stahlbetonplatten belegen die Funktionalität des Konzepts und weisen auf einen weniger ausgeprägten Maßstabseffekt beim Durchstanzen hin, als es die Theorie vorhersagt., Schriftenreihe des Instituts für Konstruktiven Ingenieurbau / Lehrstuhl für Stahl, Holz- und Leichtbau, 2021,2

In dieser Dissertation wird ein Berechnungsmodell vorgeschlagen und validiert, das den Ansatz der fiktiven Domäne (CutFEM) für die Simulation im Tunnelbau verwendet. Die Glattheit und Genauigkeit der lokalen Approximation werden durch Quadraturanreicherung und adaptive Netzverfeinerung auf der Grundlage der Space-Tree-Unterteilung gewährleistet. Der CutFEM-Ansatz ermöglicht die Simulation beliebiger Tunnelausrichtungen unter Verwendung eines Hintergrundnetzes und steigert so die Effizienz der Modellierung und Analyse. Um die Rechenleistung gekoppelter Mehrphasenanalysen zu verbessern, wird eine auf Domänenzerlegung basierende Lösungsstrategie vorgeschlagen, um das resultierende diskretisierte lineare System parallel mit einem iterativen Löser zu lösen. Verschiedene Varianten von Blockvorkonditionierern werden hinsichtlich ihrer Leistungsfähigkeit bei Simulationen des Tunnelvortriebs in gesättigtem, weichem Boden unter Berücksichtigung unterschiedlicher Durchlässigkeiten untersucht., In this dissertation, a computational model employing the fictitious domain (CutFEM) approach for tunnel engineering simulation is proposed and validated. The smoothness and accuracy of the local approximation are guaranteed by quadrature enrichment and adaptive mesh refinement based on the space-tree subdivision. The CutFEM approach allows to simulate arbitrary tunnel alignment using a background mesh, thus it enhances the efficiency of modeling and analysis. To improve the computational performance of coupled multiphase analyses, a solution strategy based on domain decomposition is proposed to solve the resulting discretized block linear system in parallel using an appropriately accelerated iterative solver. Different variants of block preconditioners are investigated in regards to their performance from simulations of tunnel advancement in saturated soft soil, considering different permeabilities., Schriftenreihe des Lehrstuhls für Statik und Dynamik, 2021,2

Workshop SimFat 2021 Large-scale testing & advanced numerical simulation in fatigue and fracture Bochum, 26. Februar 2021, Schriftenreihe des Instituts für Konstruktiven Ingenieurbau / Lehrstuhl für Stahl, Holz- und Leichtbau, 2021,1

In der Arbeit wird eine Methode zur Schnellfertigung von dünnwandigen Stabbauteilen aus Hochleistungsbeton mit gesteuerter Wärmebehandlung entwickelt. Wesentliche Themenfelder der Wärmebehandlung einerseits und der Präzisionsfertigung andererseits werden vorab experimentell behandelt. In Versuchsprogrammen wird die Erhärtungstemperatur zwischen 20°C–80°C variiert. Das Hydratations-, Erstarrungs- und Schwindverhalten sowie die Druckfestigkeitsentwicklung eines selbstverdichtenden Hochleistungsbetons werden untersucht. Die Thematik der Fertigung wird zweigeteilt behandelt. Zum einen gilt es, durch die Fertigungsmethode hohe Genauigkeiten der schlanken Bauteile zu erzielen. Zum anderen werden Schalungskonzepte hinsichtlich der erreichbaren Druckfestigkeit der resultierenden Körper optimiert. Darüber hinaus erfolgt die prototypische Umsetzung einer Fertigungseinheit für Betonrohrsegmente mit integrierter Wärmebehandlung in Form einer innerseitig verlaufenden, temperierten Wasserleitung., Schriftenreihe des Instituts für Konstruktiven Ingenieurbau / Lehrstuhl für Stahlbeton- und Spannbeton, 2021,4

Beim Tunnelvortrieb mit Erddruckschilden im geschlossenen Modus ist eine adäquate Verarbeitbarkeit des Stützmediums für eine homogene Stützdruckübertragung erforderlich. Zur Untersuchung der Verarbeitbarkeit von konditionierten Böden existieren verschiedene nicht genormte Prüfmethoden, welche auf unterschiedlichen Versuchsprinzipen beruhen. Daher erfolgt die Bodenkonditionierung in der Praxis bisher nur auf Grundlage von Erfahrungswerten oder Indexversuchen. Aus diesem Grund werden im Rahmen dieser Arbeit Laborversuche mit drei experimentellen Untersuchungsmethoden zur Bestimmung der Verarbeitbarkeit von Boden-Schaum-Gemischen durchgeführt und vergleichend analysiert. Zu diesen Untersuchungsmethoden zählen der Slump Test, das Kugelrheometer und der in dieser Arbeit entwickelte kraftgesteuerte Penetrationsversuch.

Um die Lebensdauer kommunaler Straßen zu verlängern, müssen Straßenschäden frühzeitig erkannt werden. Die Erkennung erfolgt, jedoch, meistens manuell oder mithilfe von speziell ausgestatteten Fahrzeugen. Dieses Verfahren ist zeit- und kostenaufwändig. In dieser Arbeit wird eine Methodik zur automatisierten Erkennung von Straßenschäden auf Basis von Maschinellen Sehens präsentiert. Fotos der Straßenoberfläche werden in Echtzeit auf Grafikprozessoren (GPU) analysiert, während Fahrzeuge wie PKWs, Busse und Taxis auf ihren üblichen Routen fahren. Mithilfe von Deep Learning werden die Schäden nach Art klassifiziert (Risse, Schlaglöcher, Flickstellen). Die Fotos werden durch den Einsatz eines Global Positioning System Empfängers mit einem Geotag versehen. Zum Testen der Methodik wurden 38 000 Fotos aufgenommen. Der Ansatz erreichte eine Genauigkeit von 93%.

Im maschinellen Tunnelvortrieb mit Tübbingausbau entsteht verfahrensbedingt ein Hohlraum zwischen der Tübbingaußenseite und der Ausbruchlaibung des umgebenden Bodens. Zur Verfüllung dieses Ringspaltes können aktivierte Ringspaltverfüllmaterialien eingesetzt werden. Deren Festigkeitsentwicklung findet durch Aktivatoren systeminhärent statt. Unmittelbar nach dem Verfüllvorgang müssen Ringspaltverfüllmaterialien eine rasche Verfestigung und Frühfestigkeitsentwicklung aufweisen, um die frühe Bettung der Tübbingröhre sicherzustellen und mögliche Oberflächensetzungen zu reduzieren. In der vorliegenden Arbeit werden Materialkonzepte zur Aktivierung von Ringspaltverfüllmaterialien entwickelt und deren verfahrenstechnische Eignung in einem Großversuch untersucht. Der Fokus der in sich autarken Konzepte liegt zum einen auf einer alkalischen Aktivierung latent-hydraulischer und puzzolanischer Ausgangstoffe und zum anderen auf einer physikalischen Aktivierung durch superabsorbierende Polymere.

Die Arbeit "Strukturanalyse von Asphaltbefestigungen unter Verwendung des Georadarmessverfahrens" befasst sich mit der Nutzbarkeit des Georadars zur Strukturuntersuchung an Asphaltbefestigungen. Dabei steht die Detektion der Asphaltschichten, die Erkennbarkeit und Visualisierung enthaltener Strukturen, wie Substanzschädigungen, sowie die Untersuchung messtechnischer Einstellungen im Fokus. Durch die technische Weiterentwicklung des Verfahrens stellen sich hierbei die Fragen hinsichtlich der aktuellen Einsatzmöglichkeiten und -grenzen. Die Arbeit umfasste dazu ein Messprogramm, welches auf einer Versuchsstrecke aus sechs Probefeldern und zwei standardisierten Asphaltbauweisen basierte. Hierbei war eine Vielzahl ausgewählter Substanzschädigungen, wie z.B. Risse, in der Versuchsstrecke integriert. Für die Eruierung messtechnischer Einstellungen wurde ferner ein Variantenvergleich, zur Einschätzung unterschiedlicher Datendichten und des Auflösungsvermögens, durchgeführt., The work "Structural analysis of asphalt pavements using the Ground Penetrating Radar" deals with the usability of the Ground Penetrating Radar (GPR) for structural investigations on asphalt pavements. The focus is on the detection of asphalt layers, the recognition and visualisation of contained structures, such as structural damages, as well as the investigation of metrological settings. Due to the technical development of the method, questions regarding the current application possibilities and limits arise. The work included a measurement program based on a test track consisting of six test fields and two standardized asphalt constructions. A large number of selected structural damages, such as cracks, were integrated into the test track. For the determination of technical measurement settings, a comparison of variants was also carried out to estimate different data densities and the resolution capacity.

Die Arbeit schafft die ingenieurwissenschaftlichen Grundlagen für eine messdatengestützte Schädigungsdiagnositik für Tragwerke, mit der zeitliche Instationaritäten verarbeitet werden können. In dem neuartigen Konzept werden kontinuierlich gemessene Tragwerksreaktionen sowie Einwirkungs- und Betriebsparameter (engl. "EOP") probabilistisch verknüpft. Der neue Methodenrahmen kombiniert eine in der Fachliteratur mit "Smoothness Priors Time Varying Autoregressive Moving Average" bezeichnete Modellierung von statistisch nichtstationären Tragwerksreaktionen und eine als "Polynomial Chaos Expansion" eingeführte Modellierung der Fortpflanzung von Antwortunschärfen. Der Methodenrahmen wird vollständig validiert. Tests mit drei statistischen Kriterien belegen das gute Auflösevermögen der entstandenen Diagnostik bezüglich auffälliger Schwankungen der EOP oder bezüglich Tragwerksveränderungen einschließlich abrupter Änderungen des Betriebszustandes der als Beispiel untersuchten Windenergieanlage., The presented work explores the development of a data-driven structural health monitoring framework able to tackle the challenge of short and long-term temporal variability. The diagnostic relies on a novel concept that links monitored structural responses and the random evolution of Environmental and Operational Parameters (EOP) affecting the monitored structure. The proposed framework combines the implementation of a Smoothness Priors Time Varying Autoregressive Moving Average method for modeling the non-stationary structural response, and a Polynomial Chaos Expansion probabilistic model for modeling the propagation of response uncertainty. The tool is validated and demonstrated on a full-scale wind turbine. Fusion of the proposed strategy with three different statistical methods demonstrated the sensitivity of the obtained diagnostic indicator to unfamiliar fluctuations in measured EOP, or to system changes resulting from abrupt shifts in working regimes of the structure.

Auf regelmäßig überlasteten Autobahnen kann durch die temporäre Seitenstreifenfreigabe (TSF) die Streckenkapazität in den Spitzenstunden erhöht werden. Die positiven Wirkungen der TSF auf den Verkehrsablauf wurden durch mehrere Untersuchungen aufgezeigt, wohingegen zu den Verkehrssicherheitswirkungen noch keine umfassenden Erkenntnisse vorliegen. Die Dissertation dokumentiert die Ergebnisse einer Analyse der Unfalldaten von sieben Untersuchungsstrecken mit TSF über einen sehr langen Zeitraum von bis zu 13 Jahren. Für alle Untersuchungsstrecken konnte ein hohes Sicherheitsniveau festgestellt werden. Sowohl die Unfallraten als auch die Unfallkostenraten liegen unter dem Durchschnitt der Bundesautobahnen. Auf den Untersuchungsstrecken, von denen Unfalldaten auch für den Zeitraum vor der Inbetriebnahme der Anlagen für die TSF vorlagen, haben sich die Unfallraten auf den Vorlaufstrecken deutlich verringert, während sich das Unfallgeschehen auf den Strecken mit TSF kaum verändert hat., On motorways with high traffic demand, hard shoulder running (HSR) is an effective traffic management measure to increase the segment capacity by providing an additional lane during peak hours. A number of studies revealed the positive effects of HSR on traffic flow, whereas the safety effects are still not comprehensively investigated. The dissertation presents the results of an analysis of crash data from seven sections with HSR in the state of Hesse over a long period of up to 13 years. For all investigated motorway sections, the determined crash frequencies were lower than the average of German Autobahns. The comparison of crash frequencies before and after the implementation of HSR showed no changes in crash occurrence for the sections with HSR but a statistical significant reduction of crash rates and crash cost rates on the upstream segments., Schriftenreihe / Lehrstuhl für Verkehrswesen, 43

Die thermodynamische Versetzungstheorie, welche von Langer et al. (2010) entworfene wurde, wird in dieser Doktorarbeit aufgegriffen. Des Weiteren wird eine Erweiterung dieser Theorie, welche von Le (2018) entwickelt wurde, eingehend betrachtet. Diese ermöglicht eine Untersuchung von ungleichmäßigen plastischen Deformationen von Kristallen auf dem Mesoskala sowie die Untersuchung von Mikrostrukturen, welche aus Versetzungen resultieren, und deren mechanischem Verhalten. Die betrachteten Beispiele werden auf zwei unterschiedlichen Skalen analysiert. Auf der Mikroskala werden einerseits isotrope Verfestigung durch überzählige Versetzungen und andererseits kinematische Verfestigung durch überschüssige Versetzungen im Kristallgitter durch nicht ebene Scher- und Torsionsbelastung untersucht. Auf der Makroskala wird das Verfestigungsverhalten von einkristallinen Kupferbalken und die thermische Entfestigung von tordierten Aluminiumbalken analysiert., Mitteilungen aus dem Institut für Mechanik, 183

Die Durchlässigkeit eines nichtgewebten Geotextils in einem Drainagesystem kann unter teilgesättigten Verhältnissen unter die Durchlässigkeit des umgebenden Bodens fallen, wodurch die Drainagefunktion beeinträchtigt wird. Das Ziel dieser Arbeit ist es, die dafür ursächliche hydraulische Interaktion zwischen Geotextil und Boden unter teilgesättigten Verhältnissen systematisch zu untersuchen. An Mischungen aus Sand und Kaolin und an verschiedenen nichtgewebten Geotextilien werden zunächst die relevanten Eigenschaften experimentell bestimmt. In eindimensionalen Säulenversuchen wird das System aus Geotextil mit darüber liegenden Boden abgebildet und dessen hydraulisches Verhalten bei Drainage und Infiltration beobachtet. Die Versuchsergebnisse zeigen, dass die Eigenschaften des Bodens einen erheblichen Einfluss auf das hydraulische Verhalten des Systems haben. Ein weiterer Teil der Arbeit beschäftigt sich mit der ungesättigten Scherfestigkeit der verwendeten Böden., Schriftenreihe des Lehrstuhls für Grundbau, Boden- und Felsmechanik, 68

Ein Topologieoptimierungsansatz wird entwickelt, der imstande ist, die Druckaffinität von Beton und die Zugaffinität von Stahl zu berücksichtigen. Die Methode wird auf einen konventionellen Stahlbetonbalken angewendet. Das Optimierungsergebnis wird in zwei Alternativstrukturen überführt: einerseits in ein Stahlbeton-Fachwerk und andererseits in Hybridfachwerk, bestehend aus ultrahochfestem Beton und Profilstahl S355. Das Gewicht des Hybridfachwerks ist um 83% geringer und das des Stahlbeton-Fachwerks um 53% als das des Referenzbalkens. Experimente zeigen, dass beide Strukturen eine signifikant höhere Steifigkeit aufweisen, bei Einhaltung der maximalen Traglast. Zudem offenbaren Untersuchungen zum Umwelteinfluss, dass die materialinduzierten CO\(_2\) Emissionen des Referenzbalkens von den optimierten Strukturen um 40–44% reduziert werden können., A topology optimization approach is developed that is capable of taking into account the compression affinity of concrete and the tension affinity of steel. The method is applied to a conventional reinforced concrete (RC) beam. The optimization result is converted into two alternative structures: a RC truss structure and a hybrid concrete-steel (HCS) truss structure consisting of ultra-high performance concrete and S355 sectional steel. The RC beam’s weight is decreased by 83% and 53% by the HCS truss structure and the RC truss structure, respectively. Experiments show that both structures exhibit a significantly higher stiffness while preserving the maximum load-bearing capacity. Moreover, investigations on the environmental impact reveal that the material-induced CO\(_2\) emissions of the RC beam can be reduced by 40–44% by the optimized structures., Schriftenreihe des Instituts für Konstruktiven Ingenieurbau, 2020,2

Die Entstehung von Versinterungen in den Entwässerungssystemen nicht druckwasserhaltender Tunnelbauwerke wird u. a. durch den Kontakt des Bergwassers mit zementgebundenen Materialien beeinflusst. Ein Ansatz um die Entstehung von Versinterungen zu reduzieren ist die Optimierung der Spritzbetonrezeptur. Die Änderungen der Bindemittelzusammensetzung des Spritzbetons haben Auswirkungen auf den Klinkergehalt, den Wasserbedarf und den Leimgehalt und damit auch auf die Verarbeitbarkeit der Frischbetonmischung. Darüber hinaus werden die Frühfestigkeitsentwicklung und die 28 d Druckfestigkeit des Spritzbetons beeinflusst. Im Rahmen dieser Arbeit konnte gezeigt werden, welche Aspekte bei der Entwicklung von Spritzbetonen mit einem reduzierten Versinterungspotential berücksichtigt werden müssen, um auch die genannten baupraktischen Anforderungen zu erfüllen.

Die Kritikalität von natürlichen Ressourcen steht seit Jahren an der Spitze der Diskussionen um den Klimawandel. Die Gewinnung von Primärressourcen geht mit hohen Energie-, Material- und Chemikalieneinsatz sowie einer hohen Schadstoffemission einher. Insbesondere bei den materiellen Ressourcen und deren Endlichkeit in natürlichen Vorkommen ist ein Umdenken der gesamten Wertschöpfungskette erforderlich. Zukünftige Quellen von Ressourcen sind anthropogene Lagerstätten, wozu unter anderem die gebaute Umwelt, hier im speziellen Wohngebäude, zählt. Ziel der durchgeführten Untersuchung war daher eine strategische Erfassung der Materialien von Wohngebäuden, die Potenzialanalyse und die Nutzung von Sekundärressourcen sowie die Kartierung an ausgewählten Untersuchungsgebieten.