Andere Forschungsthemen
H - 9 Nummerische Untersuchungen der Einwirkungen auf einer Festen Fahrbahnkonstruktion
Die feste Fahrbahn wird allgemein als bevorzugte Option für den Bau neuer Hochgeschwindigkeitsstrecken betrachtet. Die über 50-jährige Entwicklung dieser Technologie hat zufriedenstellende Ergebnisse für die derzeit verwendeten Bauformen hervorgebracht. Allerdings sind nicht alle Fahrbahnkonstruktionen im Laufe der Entwicklungszeit gleichermaßen gut gealtert. Einige weisen zahlreiche Schäden auf oder befinden sich in einem Zustand, der eine Ersatzinvestition in Erwägung ziehen lässt. Daher ist es von Interesse, die Ursachen für die Schäden an solchen Konstruktionen zu ermitteln. Es sollen mögliche Einwirkungen identifiziert und miteinander verglichen werden, um eine potenzielle Ursache für die Schäden herauszufinden.
Diese Abschlussarbeit setzt sich mit den folgenden Arbeitspaketen auseinander:
- Eine umfassende Literaturrecherche zur feste Fahrbahnkonstruktion.
- Eine Literaturrecherche zu den Einwirkungen, insbesondere auf die feste Fahrbahn.
- Durchführung grober Handberechnungen zur Abschätzung der Größenordnung der Einwirkungen.
- Untersuchung einer möglichen Modellierung der festen Fahrbahn in Bezug auf die Einwirkungen.
- Ermittlung und Vergleich der Ergebnisse der einzelnen Einwirkungen im maßgebenden Zustand an ausgewählten Punkten.
- Bestimmung der maximalen und minimalen Kombinationen der Einwirkungen.
- Die Interpretation der Ergebnisse.
Diese Untersuchung wird mittels Software durchgeführt.
Ansprechpartner:
Dipl.-Ing. Franz Grützmacher
Telefon: +49 351 463-40412
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H - 8 Modellierung der Wärmeausdehnung einer Betonplatte von einer Festen Fahrbahnkonstruktion
Die Feste Fahrbahn hat sich als bevorzugte Option beim Bau neuer Hochgeschwindigkeitsstrecken etabliert. Die Entwicklung dieser Technologie über einen Zeitraum von mehr als 50 Jahren hat zu zufriedenstellenden Ergebnissen mit den heute verwendeten Bauformen geführt. Allerdings ist nicht jede Bauart während der Entwicklungszeit gleichermaßen erfolgreich gealtert. Einige Feste Fahrbahnkonstruktionen weisen zahlreiche Schäden auf oder befinden sich in einem Zustand, der eine Ersatzinvestition in Erwägung zieht. In diesem Zusammenhang soll insbesondere die Einwirkung der Temperatur auf die Betontragschicht näher untersucht werden. Dabei ist die Ermittlung der Wärmeausdehnung von besonderem Interesse sowie das Auftreten möglicher Spitzenspannungen.
Die vorliegende Abschlussarbeit behandelt die folgenden Arbeitspakete:
- Eine umfassende Literaturrecherche zu Feste Fahrbahnkonstruktionen.
- Eine Literaturrecherche zur Wärmeausdehnung bzw. Temperatureinwirkung.
- Die Modellierung verschiedener Feste Fahrbahnkonstruktionen unter Verwendung unterschiedlicher Modellierungsansätze.
- Die Implementierung der Einwirkungen in die Modelle.
- Durchführung grober Handrechnungen zur Bestimmung der Größenordnung der Einwirkung und deren Kontrolle.
- Der Vergleich der verschiedenen Modellierungsansätze.
- Die Interpretation der Ergebnisse.
Diese Untersuchung wird mittels Software durchgeführt.
Ansprechpartner:
Dipl.-Ing. Franz Grützmacher
Telefon: +49 351 463-40412
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H - 7 Entwicklung eines vereinfachten FE-Modells zur Beschreibung des Verbundverhaltens von faseroptischen Sensoren
Anders als konventionelle Dehnungsmessstreifen (DMS) ermöglichen die verteilten faseroptischen Sensoren (DFOS) eine quasi-kontinuierliche Dehnungsmessung über die Sensorlänge. Aufgrund der vielfältigen Anwendungsfälle, z. B. zur Bestimmung von Rissbreiten, Spannkraftverlusten, Durchbiegungen etc., bieten DFOS enormes Potential im Bauwerksmonitoring und können zum Erhalt der alternden Infrastruktur beitragen. Die Höhe der gemessenen Dehnungen entsprechen aufgrund des mehrschichtigen Sensoraufbaus jedoch nicht den wahren Bauteildehnungen. Die DFOS-Dehnungen werden in Abhängigkeit des Sensortyps und der Klebersteifigkeit abgemindert, weshalb eine ingenieurmäßige Interpretation der Messergebnisse von hoher Relevanz ist. Im Zuge der studentischen Arbeit ist ein vereinfachtes FE-Modell (aus Stab- und Federelementen) zu entwickeln, welches die Interaktion zwischen dem DFOS und dem Trägermaterial (z. B. dem Beton) abbildet. Diskontinuitäten, z. B. im Bereich der Risse, sind zu berücksichtigen. Im Ergebnis können über das vereinfachte FE-Modell Aussagen zu den tatsächlichen Dehnungen im Beton und zu Rissbreiten gemacht werden. Die Verwendung der FE-Software SOFiSTiK wird empfohlen.
Ansprechpartner:
Max Herbers, M.Sc.
Telefon: +49 351 463-39620
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H - 6 Numerische Berechnung zum Einfluss von Kriechen, Schwinden und Vorspannung auf die Messung mit faseroptischen Sensoren
Anders als konventionelle Dehnungsmessstreifen (DMS) ermöglichen die verteilten faseroptischen Sensoren (DFOS) eine quasi-kontinuierliche Dehnungsmessung über die Sensorlänge. Aufgrund der vielfältigen Anwendungsfälle, z. B. zur Bestimmung von Rissbreiten, Spannkraftverlusten, Durchbiegungen etc., bieten DFOS enormes Potential im Bauwerksmonitoring und können zum Erhalt der alternden Infrastruktur beitragen. Die Rissbreiten können klassischerweise über die Integration des Dehnungsverlaufs ermittelt werden. Bei nachträglich applizierten Sensoren ist zu klären, wie Vordehnungen aus Vorspannung, Kriechen und Schwinden bei der Methodik der Rissbreitenberechnung kompensiert werden können.
Im Rahmen der studentischen Arbeit werden numerische Berechnungen an Stahlbeton- und Spannbetonbauteilen unter Berücksichtigung des nichtlinearen und zeitabhängigen Materialverhaltens von Beton durchgeführt. Anhand der Modelle können Aussagen zu den genannten Einflussfaktoren getroffen und Vorschläge zu deren Kompensation abgeleitet werden. Für die Bearbeitung wird der Einsatz der FE-Software ATENA empfohlen.
Ansprechpartner:
Max Herbers, M.Sc.
Telefon: +49 351 463-39620
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H - 5 Untersuchung verschiedener Einflussparameter für die Übertragung akustischer Signale in der Schallemissionsanalyse (SEA)
Akustische Signale sind überall in unserem Leben zu finden. Im Alltag können sie von unserem Gehirn verarbeitet werden, um die benötigten Informationen, z. B. von einem Gespräch, zu erhalten. Auch im Bauwesen können sie in Kombination mit verschiedenen Messtechniken für die Bauwerksdiagnostik verwendet werden. Die Schallemissionsanalyse (SEA) ist eine zerstörungsfreie Prüfmethode, welche anhand der Analyse der vom Bauwerk emittierten Schallwellen Rückschlüsse auf eine Zustandsänderung des Bauwerks schließen kann.
Für eine erfolgreiche Bauwerksdiagnose ist die Qualität der gemessenen Signale entscheidend, welche von vielen Parametern beeinflusst werden können. Diese Parameter können grundsätzlich in drei Gruppen aufgeteilt werden, die Schallquelle im Bauteil, den Ausbreitungsweg der akustischen Signale von der Quelle bis zum Sensor und das Messsystem. Während die ersten beiden von den Materialeigenschaften des Bauteils abhängig sind, können Parameter aus der letzten Gruppe, z. B. die Ankopplung des Messsensors, vom Messaufbau beeinflusst werden. Eine gute Ankopplung sichert nicht nur eine gute Signalqualität, sondern auch die Reproduzierbarkeit der Messungen.
Im Rahmen der Projektarbeit sollen verschiedene Einflussparameter wie Koppelmittel, der Anpressdruck des Messsensors bezüglich der Sensorankopplung anhand Versuche an kleinformatigen Probekörpern untersucht werden. Details zur Aufgabenstellung werden während der Bearbeitungszeit präzisiert.
Ansprechpartner:
Dipl.-Ing. Ronghua Xu
Telefon: 0351 463-33776
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H - 4 Numerische Simulation der Ausbreitung von Ultraschallwellen in geschädigtem Beton
Die komplexe Schädigungsentwicklung im Beton, die in unterschiedlichen Skalen stattfindet, spiegelt sich in einer Veränderung des Ausbreitungsverhaltens der Ultraschallwellen wider. Bei einer Transmissionsmessung werden von einer Seite des Bauteils konstant bleibende Spannungswellen aus einem Ultraschallgeber in den Beton übertragen. Nachdem die Spannungswellen die Weglänge im Beton zurückgelegt haben und dabei die Informationen über dessen aktuellen Schädigungszustand aufgenommen haben, werden sie vom Empfänger auf der anderen Seite registriert und in ein elektrisches Signal umgewandelt. Als Ergebnis enthält das empfangene Signal Informationen über die Veränderung der Schallausbreitung, wodurch mittels des Vergleichs nacheinander folgender Signale auf die Schädigungsentwicklung im Beton geschlossen werden kann.
Ziel dieser Diplomarbeit ist es, die fortschreitende Schädigung in die numerische Modellierung der Ausbreitung von Ultraschallwellen in Beton zu integrieren.
Ansprechpartner:
Raúl Enrique Beltrán Gutiérrez, M. Sc.
Telefon: 0351 463-33675
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H - 3 Textile Bewehrung aus Naturfasern
Die textile Nutzung von Naturfasern in technischen Produkten gewinnt zunehmend an Bedeutung. Innerhalb dieser Arbeit soll der Einsatz von Naturfasern in Bauprodukten analysiert werden. Dies beinhaltet i) die Produktentwicklung sowie ii) die Prüfung des entwickelten Produktes.
Textilbeton ist ein Verbundbaustoff aus textiler Bewehrung und Beton. Während momentan vorwiegend auf die Erforschung und Entwicklung von Bewehrungstextilien aus Carbon und Glas fokussiert wird, könnten nachwachsende und regional verfügbare Fasern (beispielsweise aus Hanf) für viele Anwendungsgebiete eine wirtschaftlich und ökologisch sinnvolle Alternative darstellen.
Für die Herstellung der neuartigen Bewehrung soll ein bestehendes Verfahren, welches momentan zur Herstellung von Carbon-Bewehrungen am Institut für Textilmaschinen und textile Hochleistungswerkstofftechnik (ITM) genutzt wird, auf Naturfasern übertragen werden. Das Verfahren wird zunächst händisch durchgeführt und dient der Herstellung erster Prototypen für die anschließenden Versuche.
In Folge der spezifischen Eigenschaften der Ausgangsmaterialien bestehen deutliche Unterschiede im Tragverhalten zwischen Textil- und Stahlbeton. Aus diesem Grund wurden in den letzten Jahrzehnten am Institut für Massivbau (IMB) sowie am ITM Prüfkonzepte und Bemessungsmodelle entwickelt um die Trageigenschaften zu testen. Aufbauend auf diesen Modellen sollen im Rahmen dieser Arbeit (Projektarbeit, Masterarbeit, Diplomarbeit, ...) die gefertigten Prototypen getestet, optimiert und validiert werden.
Die Arbeit richtet sich vorwiegend an Studenten der Fakultäten Bau- oder Maschinenwesen. Die Aufgabenstellung wird entsprechend des Projektfortschritts und der Fachausrichtung des Studenten angepasst.
Ansprechpartner:
Dipl.-Ing. Enrico Baumgärtel
Telefon: 0351 463-42631
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H - 2 Entwurf eines neuartigen Probekörpers zur Untersuchung der Rissbildung während des Auszugsversuchs
Das Hauptziel der Arbeit ist es, eine neue Art von Probekörper für die Untersuchung lokaler Rissmuster in der Nähe der Stahlbewehrung während eines Pull-out-Tests zu entwickeln. Eine Skizze des möglichen experimentellen Aufbaus ist in Abb. 1 dargestellt. Auch andere Formen sollen berücksichtigt werden. Der erste Teil der Arbeit besteht aus umfangreichen Literaturrecherchen zum Thema Verbund. Der Schwerpunkt liegt auf Versuchsmethoden für Probekörper mit Öffnungen. Basierend auf der Literaturrecherche sollte eine optimale Form eines solchen Probekörpers entworfen werden. Die Form der Probe, die Position der Öffnung, die Verbundlänge und der Bewehrungsstabdurchmesser muss ebenso untersucht werden. Technische Zeichnungen der Betonschalung zur Erstellung des Probekörpers sollen gemacht werden. Darüber hinaus soll der Betoniervorgang festgelegt werden. Basierend auf diesen Anleitungen und Prototypzeichnungen werden die neu entwickelten Probekörper betoniert. Während des experimentellen Teils der Arbeit werden die Verbundspannung-Schlupf-Beziehungen des neu entwickelten Probekörpers mit den Standardtests verglichen und die möglichen Unterschiede werden insbesondere in Bezug auf die Literaturrecherche aus dem ersten Teil der Arbeit ausgewertet. Die Wiederholbarkeit des experimentellen Verfahrens soll ebenfalls untersucht werden. Die Arbeit kann in deutsche oder englische Sprache verfasst werden.
Voraussetzungen: CAD-Softwarekenntnisse (AutoCad, Solidworks…), Fähigkeit selbstständig zu arbeiten und Daten kritisch auszuwerten.
Ansprechpartner:
M. Eng. Petr Máca
Telefon: 0351 463-37321
E-Mail: